1 引言

　　隨著電子產業的不斷發展，基于 ARM 技術的系統設計和開發平臺越來越多地在控制 類、消費類、通信類等電子產品中廣泛應用。從軟件角度上看，構建基于ARM 技術的linux 系統要涉及到引導加載程序、Linux 內核、文件系統、用戶應用程序幾部分的設計。 文件系統是操作系統中用來管理用戶文件的內核軟件層。文件可能存在于磁盤、網絡或 者是一些虛擬的文件。文件系統包括根文件系統和建立于內存設備之上文件系統。根文件系 統是linux 系統的核心部分，包含系統使用的軟件和庫，以及所有用來為用戶提供支持架構 和用戶使用的應用軟件，并作為存儲數據讀寫結果的區域。由于嵌入式設備中Flash 資源很 緊張，如何有效地使用有限的存儲空間是嵌入式開發者必須考慮的，合適的文件系統格式是 解決這一問題的關鍵所在。本文討論了只讀型壓縮Cramfs 根文件系統的特點，并詳細的說 明了NAND FLASH 上建立一個可讀可寫型嵌嵌入式Linux 的Cramfs 根文件系統的新方法。

2 Linux 根文件系統概述

　　2.1 Linux根文件系統

　　根文件系統不同于普通文件系統，它是在內核啟動時掛載（mount）的第一個文件系統， 內核代碼映像文件保存在根文件系統中，而系統引導啟動程序會在根文件系統掛載之后把一 些基本的初始化腳本和服務程序等加載到內存中。

　　Linux 根文件系統是樹型結構組織[1,3]，它包含了內核和系統管理所需要的各種文檔和程序等。一般來說，根目錄“/”下頂層目錄都有一些比較固定命名和用途，下面列出一

　　個Linux 根文件系統中的比較常見的目錄結構。

　　/bin：存放二進制可執行命令的目錄。

　　/dev：存放設備文件和目錄。

　　/etc：存放系統管理和配置文件和目錄。

　　/home：用戶主目錄，比如用戶user 的主目錄就是/home/user,可以用~user 來表示。

　　/lib：存放動態鏈接共享庫的目錄。

　　/sbin：存放系統管理員使用的管理程序的目錄。

　　/tmp：公用的臨時文件存儲點。

　　/root：系統管理員的主目錄。

　　/mnt：用以臨時掛載其他的文件系統。

　　/proc：虛擬文件系統，可直接訪問這個目錄來獲取系統信息。

　　/var：某些大文件溢出區。

　　/usr：存放應用程序和文件。

　　對于嵌入式 Linux 系統的根文件系統來說，由于受系統資源的限制，一般沒有上述 那么復雜，僅保留一些常用的目錄即可。如/bin、/dev、/etc、/lib、/proc、/var、/tmp、/usr、 /mnt 等[2]。 由于嵌入式系統的設計冗余度小、系統緊湊，通常存儲容量有限，因此，必須選擇 一個合適的根文件系統以使系統運行最佳。目前，嵌入式Linux 根文件系統主要的根文件系 統類型有：Romfs, JFFS2, RAMDISK, YAFFS/YAFFS2, Cramfs, Squashfs 等[1]。本文主要對 Cramfs 根文件系統進行討論。

　2.2 Cramfs根文件系統及其在實際應用中存在的問題

　　Cramfs 是Linux 的創始人 Linus Torvalds 參與開發的一種只讀的壓縮文件系統，它基于 MTD(Memory Technology Device,存儲技術設備)驅動程序。在cramfs 文件系統中，每一頁 (4KB)被單獨壓縮，可以隨機頁訪問，其壓縮比高達2:1,為嵌入式系統節省大量的FLASH 存儲 空間，使系統可通過更低容量的FLASH 存儲相同的文件，從而降低系統成本。

　　Cramfs 并不 需要一次性地將文件系統中的所有內容都解壓到內存中，而只是在系統需要訪問某個位置的 數據時，立即計算出該數據在Cramfs 中的位置，將其實時地解壓縮到內存中，然后通過對 內存的訪問來獲取文件系統中需要讀取的數據。Cramfs 中的解壓縮以及解壓縮之后內存中 的數據存放位置都是由Cramfs 文件系統本身進行維護的，用戶并不需要了解具體實現過程， 因此這種方式增強了透明度，對開發人員來說，既方便又節省了存儲空間。

　　由于 Cramfs 是只讀型文件系統，而大多嵌入式應用程序需要在臨時目錄/tmp 進行創建 臨時文件等寫操作，如不對Cramfs 進行配置，則應用程序將不能正常運行，導致系統崩潰。 目前，解決些問題的方法是復合文件系統法，即使用YAFFS/YAFFS2 等可寫型文件系統與 Cramfs 復合而成的文件系統作為嵌入式系統的根文件系統，使Cramfs 根文件系統啟動時掛 載YAFFS/YAFFS2 文件系統，同時將應用程序存放在YAFFS/YAFFS2 文件系統中。這種方 法解決了應用程序對根文件系統的寫操作問題，但由于在通常的根文件系統之外還增加了一 個額外的可寫型文件系統，必然會增大整個根文件系統所占的存儲空間，造成嵌入式系統存 儲資源緊張。本文在實踐的基礎上，通過對Linux Cramfs 根文件系統的研究，發現了一種通 過修改根文件系統啟動腳本和配置文件來實現根文件系統的可讀、可寫性的新方法，它不需 要新增額外的文件系統來支持應用程序的讀、寫要求，而是利用根文件系統本身的特性來構 造一個局部可寫的根文件系統。

3 嵌入式Linux 根文件系統的配置

　　3.1 Cramfs根文件系統配置文件的分析

　　Cramfs 根文件系統中的配置文件存放在/etc 目錄下，有22 個文件及文件夾，可分為以 下幾類：

　　引導和登錄/注銷類，包括/etc/issue、/etc/issue.net、/etc/rc.d/rc、/etc/rc.d/rc.local、 /etc/rc.d/rc.sysinit、/etc/rc.d/rc/rcX.d 等文件，它們主要記錄系統的啟動信息及運行級別等。

　　文件系統類，包括/etc/mtab、/etc/fstab、/etc/mtools.conf 文件等，它們記錄著系統文 件系統的安裝、卸載信息，系統啟動時可以被安裝的文件系統以及在這些文件系統上所定 義的操作。

　　系統管理類，包括/etc/group、/etc/nologin、/etc/passwd、/etc/rpmrc、/etc/securetty、 /etc/usertty、/etc/shadow、/etc/shells、/etc/motd 等文件，它們記錄著系統用戶和用戶組的登 錄信息、加密后的用戶帳號密碼信息、用戶組的權限信息等。

　　網絡類，包括/etc/gated.conf、/etc/networks、/etc/protocols、/etc/gateway、/etc/services、 /etc/inetd.conf、/etc/sysconfig/netword、/etc/recolv.conf、/etc/rpc、/etc/exports 等文件，它們 記錄著系統對網絡接口的配置信息、網絡服務程序、網絡協議、網絡文件系統配置等信息。

　　系統命令類，包括/etc/lilo.conf、/etc/logrotate.conf、/et/identd.conf、/etc/ld.so.conf、 /etc/inittab、/etc/termcp 等文件，這些文件記錄著要獨占地控制系統的系統命令及動態鏈接 程序配置等信息等。