什么是根文件系统

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一、根文件系统简介根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统而言它还是内核启动时所挂载（mount）的第一个文件系统，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如inittab、rcS）和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。根文件系统之所以在前面加一个”根“，说明它是加载其它文件系统的”根“，既然是根的话，那么如果没有这个根，其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包括了Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载配置文件等，根文件系统中还包括了应用程序（如ls、mkdir、rm、ifconfig等命令）和 GNU C 库（glibc、eglibc或uclibc）等。任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载（mount）。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中（根）。在执行挂载时，要提供文件系统类型、文件系统和一个挂载点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后，在根目录下就有根文件系统的各个目录，文件：/bin /sbin /mnt等，再将其他分区挂接到/mnt目录上，/mnt目录下就有这个分区的各个目录文件。Linux操作系统可以支持多种多样不同的文件系统，如windows下的FAT32、NTFS，Linux服务器使用的ext2、ext3、ext4、btrfs、xfs、reiser4、ufs、hfs（苹果系统），Linux操作系统自身使用的伪文件系统如swap、proc、sysfs、tmpfs等，也有一些设备的文件系统如iso9660（光盘）、nfs（网络文件系统）等，当然还包括我们嵌入式设备上用的不同的文件系统如：initramfs（在内存中运行的文件系统）、jffs2（一种基于Norflash的文件系统，也支持小页的nandflash）、ubifs（目前Android手机上的Nandflash普遍使用的文件系统）、yaffs2（早期专门用来支持大页Nandflash的文件系统，具备可移植性可在单片机裸机情况下使用）、cramfs(一种基于内存的只读的文件系统)、squashfs（在openwrt路由器上广泛使用的俄文件系统）、romfs（一种只读、支持片上执行XIP的文件系统，在uClinux中广泛使用）等。下面是几种常用的嵌入式根文件系统的对比：

initramfs 该文件系统直接将根文件系统直接打包进Linux内核里(只有这种文件系统具有该功能)，这样内核和根文件系统绑定在一块成为一个单独的文件，他在Linux系统启动后加载到内存中运行，所以速度快，但浪费内存，系统升级的时候内核和根文件系统一起升级比较方便。但因为他是基于内存的文件系统，所以系统掉电后针对根文件系统下所有文件的修改掉电都会丢失，如果要升级根文件系统只有重新编译、烧录Linux内核；

jffs2 专门针对Norflash设计的文件系统，小页的Nandflash也可以使用，只是效率不高；因为根文件系统存放在Flash上，所以根文件系统路径下的文件修改后掉电仍然存在；

 yaffs2 早期专门针对大页Nandflash设计的文件系统，他的源码独立于Linux内核维护着，所以可以在单片机等裸机环境下使用（只有该文件系统可以），linux内核想用它必须要打上补丁；在分区较大时，nandflash的挂载时间较长，现在逐渐被ubifs广泛替代；

 ubifs 专门针对Nandflash设计的一种文件系统，他在内核的MTD一层上面又建立了UBI一层，挂载速度、磨损均衡、读写速度非常快，目前nandflash上应用得最广的一种根文件系统；

Linux操作系统之所以能够支持这么多种不同的文件系统，主要是通过叫做VFS的中间层对这些文件系统提供了完美的支持。对于用户来说，这些文件系统几乎是透明的，在大部分情况下，用户通过libc和kernel的VFS交互，不需要关心底层文件系统的具体实现，但是有时应用程序也需要考虑底层文件系统限制（比如fat vfat不支持链接，比如各个文件系统支持最大文件限制不同）。VFS主要有以下特性：

1. 向上，对应用层提供一个标准的文件操作接口，如open()、read()、write()、ioct()、close()等；

2. 对下，对所有文件系统提供一个统一的标准接口，以便其他操作系统的文件系统可以方便的移植到Linux上；

3. VFS内部则通过一系列高效的管理机制，比如inode cache, dentry cache 以及文件系统的预读等技术，使得底层文件系统不需沉溺到复杂的内核操作，即可获得高性能； 4. 此外VFS把一些复杂的操作尽量抽象到VFS内部，使得底层文件系统实现更简单。下图是Linux内核里文件系统的分层结构图：

根文件目录：1./bin目录该目录下的命令可以被root与一般账号所使用，由于这些命令在挂接其它文件系统之前就可以使用，所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。/bin目录下常用的命令有：cat、chgrp、chmod、cp、ls、sh、kill、mount、umount、mkdir、[、test等。其中“[”命令就是test命令，我们在利用Busybox制作根文件系统时，在生成的bin目录下，可以看到一些可执行的文件，也就是可用的一些命令。2./sbin 目录该目录下存放系统命令，即只有系统管理员（俗称最高权限的root）能够使用的命令，系统命令还可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目录下，/sbin目录中存放的是基本的系统命令，它们用于启动系统和修复系统等，与/bin目录相似，在挂接其他文件系统之前就可以使用/sbin，所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中。/sbin目录下常用的命令有：shutdown、reboot、fdisk、fsck、init等，本地用户自己安装的系统命令放在/usr/local/sbin目录下。3、/dev目录该目录下存放的是设备与设备接口的文件，设备文件是Linux中特有的文件类型，在Linux系统下，以文件的方式访问各种设备，即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。比如通过"dev/ttySAC0"文件可以操作串口0，通过"/dev/mtdblock1"可以访问MTD设备的第2个分区。比较重要的文件有/dev/null, /dev/zero, /dev/tty, /dev/lp*等。4./etc目录该目录下存放着系统主要的配置文件，例如人员的账号密码文件、各种服务的其实文件等。一般来说，此目录的各文件属性是可以让一般用户查阅的，但是只有root有权限修改。对于PC上的Linux系统，/etc目录下的文件和目录非常多，这些目录文件是可选的，它们依赖于系统中所拥有的应用程序，依赖于这些程序是否需要配置文件。在嵌入式系统中，这些内容可以大为精减。5./lib目录该目录下存放共享库和可加载（驱动程序），共享库用于启动系统。运行根文件系统中的可执行程序，比如：/bin /sbin 目录下的程序。6./home目录系统默认的用户文件夹，它是可选的，对于每个普通用户，在/home目录下都有一个以用户名命名的子目录，里面存放用户相关的配置文件。7./root目录系统管理员（root）的主文件夹，即是根用户的目录，与此对应，普通用户的目录是/home下的某个子目录。8./usr目录/usr目录的内容可以存在另一个分区中，在系统启动后再挂接到根文件系统中的/usr目录下。里面存放的是共享、只读的程序和数据，这表明/usr目录下的内容可以在多个主机间共享，这些主要也符合FHS标准的。/usr中的文件应该是只读的，其他主机相关的，可变的文件应该保存在其他目录下，比如/var。/usr目录在嵌入式中可以精减。9./var目录与/usr目录相反，/var目录中存放可变的数据，比如spool目录（mail,news），log文件，临时文件。10./proc目录这是一个空目录，常作为proc文件系统的挂接点，proc文件系统是个虚拟的文件系统，它没有实际的存储设备，里面的目录，文件都是由内核临时生成的，用来表示系统的运行状态，也可以操作其中的文件控制系统。11./mnt目录用于临时挂载某个文件系统的挂接点，通常是空目录，也可以在里面创建一引起空的子目录，比如/mnt/cdram /mnt/hda1 。用来临时挂载光盘、移动存储设备等。12. /tmp目录用于存放临时文件，通常是空目录，一些需要生成临时文件的程序用到的/tmp目录下，所以/tmp目录必须存在并可以访问。那我们利用Busybox制作根文件系统就是创建这上面的这些目录，和这些目录下面的各种文件。 什么是根文件系统