Linux は、サーバー、デスクトップ、組み込みデバイスなどのさまざまな分野で広く使用されている、オープンソースでポータブルなカスタマイズ可能なオペレーティング システムです。 Linux の中核はカーネルであり、ハードウェア リソースの管理と基本サービスの提供を擔(dān)當(dāng)します。ただし、カーネルは獨(dú)立したエンティティではなく、さまざまなデータやプログラムを保存しアクセスするためにファイル システムを必要とします。ファイル システムは、ファイルを整理および管理する方法であり、ファイルの名前、場(chǎng)所、屬性、権限、その他の情報(bào)を定義します。 Linux には、ext4、xfs、btrfs など、さまざまな種類(lèi)のファイル システムがあり、それぞれに獨(dú)自の特徴と利點(diǎn)があります。ただし、すべてのファイル システムの中に、Linux システムの基盤(pán)および中核となる特別なファイル システムがあり、それがルート ファイル システム (rootfs) です。では、ルート ファイル システムとは何でしょうか?それは何をするためのものか？どのように作成され、管理されているのでしょうか?この記事では、次の側(cè)面から質(zhì)問(wèn)に答えます:

1. ルート ファイル システム

ファイル システムは、ディスク (光ディスク、フロッピー ディスク、フラッシュ ディスク、その他のストレージ デバイスを含む) またはパーティションに含まれるディレクトリ構(gòu)造です。該當(dāng)するディスク デバイスには 1 つ以上のファイル システムを含めることができます。ファイル システムをマウントするには、最初にファイル システムをマウントする必要があります。ファイル システムをマウントするには、マウント ポイントを指定する必要があります。

注: 私たちのアプリケーション開(kāi)発では、開(kāi)発ボードを購(gòu)入すると、メーカーから既製のルート ファイル システムとブートローダーが提供されます。必要に応じて、新しいルート ファイルを最初から作成せずにコマンドを変更できます。ただし、ここでの作成プロセスにより、Linux ファイル システムについてより深く理解できるようになります。

2. メイン ルート ファイル システム

* Linux では rootfs は必須です。 PC は主に RAM ディスクを?qū)g裝し、ルート ファイル システムを HD (ハードディスク、ハード ディスク) に直接マウントします。組み込みシステムは通常、HD からではなくフラッシュから起動(dòng)します。最も単純な方法は、rootfs を RAM の RAMDisk にロードすることです。少し複雑です。 1 つはフラッシュから Cramfs を直接読み取る方法で、より複雑な方法はフラッシュ上にパーティションを作成して JFFS2 などのファイル システムを構(gòu)築する方法です。

* RAMDisk は、準(zhǔn)備された rootfs を圧縮してフラッシュに書(shū)き込みます。起動(dòng)時(shí)に、ブートローダーはそれを RAM にロードし、解凍して、/ にマウントします。この方法は操作が簡(jiǎn)単ですが、RAM 內(nèi)のファイル システムは圧縮されていないため、多くの組み込みシステムでは希少なリソースである RAM が必要です。

ramdisk はメモリ スペースを使用してハードディスク パーティションをシミュレートします。Ramdisk は通常、ディスク ファイル システム圧縮を使用し、フラッシュに保存されます。システムの初期化中に、SDRAM に解凍され、ルート ファイル システムにマウントされます。Linux システムでは、ramdisk には1 つはフォーマットとロードが可能で、Linux カーネル 2.0/2.2 ですでにサポートされていますが、欠點(diǎn)はサイズが固定であることです。もう 1 つは 2.4 カーネルでのみサポートされ、ramfs を通じて実裝されます。フォーマットすることはできませんが、使いやすく、必要な容量に応じてサイズが増減するため、現(xiàn)在 Linux で一般的に使用されている RAM ディスク技術(shù)です。

* initrd は RAMDisk のフォーマットです。カーネル 2.4 より前は、image-initrd でした。カーネル 2.5 では cpio-initrd が導(dǎo)入されました。これにより、Linux の起動(dòng)プロセスが大幅に簡(jiǎn)素化され、Linux の基本哲學(xué)「シンプルに、愚かにせよ」に準(zhǔn)拠しました ( KISS) ただし、cpio-initrd は新しい形式であるため、十分にテストされておらず、Image-initrd は主に組み込み Linux で使用されています。

* Cramfs は Linus によって書(shū)かれた非常にシンプルなファイル システムで、圧縮率が高く、RAM にロードせずにフラッシュから直接実行することもできるため、RAM を節(jié)約できます。ただし、Cramfs は読み取り専用なので、実行時(shí)に変更が必要なディレクトリ (/etc、/var、/tmp など) には不便なので、これらのディレクトリは ramfs などの書(shū)き込み可能な fs にするのが一般的です。

* SquashFS は Cramfs の拡張機(jī)能です。 Cramfs のいくつかの制限を克服し、フラッシュと RAM の使用に関しても利點(diǎn)があります。ただし、開(kāi)発者によると、パフォーマンスの點(diǎn)では Cramfs ほど優(yōu)れていない可能性があります。これは新しいアプローチでもあり、組み込みシステムに採(cǎi)用する前にさらなるテストが必要になります。

3.Ramdisk の作成

RAMDiskの作成方法は次のとおりです。
(1) PC の Linux OS 環(huán)境で、ブロックデバイスに仮想化できるファイルを生成します (ファイル名は init.img とする)。

bs*count はブロックデバイスのサイズ (単位: バイト) init.img ファイルを生成した後、ファイルをフォーマットする必要があります。

(2) 新しいフォルダー ram を作成し、init.img を ram ディレクトリに添付します。

$?mkdir?ram
$?mount?init.img?ram/?-o?loop

這時(shí)，讀寫(xiě)ram目錄，等效于讀寫(xiě)init.img文件。用戶可以將根文系統(tǒng)所需的文件寫(xiě)入到ram目錄中。往ram目錄寫(xiě)完文件以后，還需要使用umount ram命令卸載init.img，才能將已寫(xiě)入的文件保存到init.img中。

（3）添加完畢，需要umount ram

4.Cramfs制作

CramFS(Compressed Rom File System)是Linux Torvalds在Transmeta任職時(shí)，所參與開(kāi)發(fā)的文件系統(tǒng)。它是針對(duì)Linux內(nèi)核2.4之后的版本所設(shè)計(jì)的一種新型只讀文件系統(tǒng)，采用了zlib 壓縮，壓縮比一般可以達(dá)到1：2，但仍可以作到高效的隨機(jī)讀取，Linux系統(tǒng)中，通常把不需要經(jīng)常修改的目錄壓縮存放，并在系統(tǒng)引導(dǎo)的時(shí)候再將壓縮文件 解開(kāi)。因?yàn)镃ramfs不會(huì)影響系統(tǒng)的讀取文件的速度，而且是一個(gè)高度壓縮的文件系統(tǒng)。因此非常廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。

在嵌入式的 環(huán)境之下，內(nèi)存和外存資源都需要節(jié)約使用。如果使用RAMDISK方式來(lái)使用文件系統(tǒng)，那么在系統(tǒng)運(yùn)行之后，首先要把Flash上的映像文件解壓縮到內(nèi)存 中，構(gòu)造起RAMDISK環(huán)境，才可以開(kāi)始運(yùn)行程序。但是它也有很致命的弱點(diǎn)。在正常情況下，同樣的代碼不僅在Flash中占據(jù)了空間(以壓縮后的形式存 在)，而且還在內(nèi)存中占用了更大的空間(以解壓縮之后的形式存在)，這違背了嵌入式環(huán)境下盡量節(jié)省資源的要求。

使用CramFS文件 系統(tǒng)就是一種解決這個(gè)問(wèn)題的方式。CramFS是一個(gè)壓縮格式的文件系統(tǒng)，它并不需要一次性地將文件系統(tǒng)中的所有內(nèi)容都解壓縮到內(nèi)存之中，而只是在系統(tǒng)需 要訪問(wèn)某個(gè)位置的數(shù)據(jù)的時(shí)候，馬上計(jì)算出該數(shù)據(jù)在CramFS中的位置，將它實(shí)時(shí)地解壓縮到內(nèi)存之中，然后通過(guò)對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)來(lái)獲取文件系統(tǒng)中需要讀取的數(shù) 據(jù)。CramFS中的解壓縮以及解壓縮之后的內(nèi)存中數(shù)據(jù)存放位置都是由CramFS文件系統(tǒng)本身進(jìn)行維護(hù)的，用戶并不需要了解具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，因此這種方 式增強(qiáng)了透明度，對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，既方便，又節(jié)省了存儲(chǔ)空間。

但是Cramfs也有其缺點(diǎn)：延遲、小于16MB、不支持寫(xiě)，只支持PAGE_CREATE_SIZE=4096的內(nèi)核。

制作的命令：（root文件夾中存放著文件系統(tǒng)）

#mkcramfs?root?cramfs.img

5.其他根文件系統(tǒng)的制作

制作yaffs文件系統(tǒng)：?mkyaffsimage?myroots?myroots.img
制作squashfs：?mksquashfs?$(FS_DIR)?$(FS_NAME)?-noappend?-be?-lzma?-no-fragments?–noI

6.BusyBox編譯制作

建立目標(biāo)板空根目錄文件夾及根目錄下的文件夾：

[root@190?friendly-arm]#?mkdir?myroots
[root@190?friendly-arm]#pwd
/friendly-arm/myroots
[root@190?friendly-arm]#cd?myroots
[root@190?myroots]#?mkdir?bin?sbin?usr?lib?dev?mnt?opt?root?etc?home?proc?tmp?var
[root@190?myroots]#?mkdir?etc/init.d

進(jìn)入etc/init.d目錄下，建立一個(gè)腳本文件，并命名為rcS，用gedit打開(kāi)，添加如下內(nèi)容：

#!?/bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/bin:
runlevel=S
prevlevel=N
umask?022
export?PATH?runlevel?prevlevel
#
#?Trap?CTRL-C?&c?only?in?this?shell?so?we?can?interrupt?subprocesses.
#
trap?":"?INT?QUIT?TSTP

創(chuàng)建 dev 中的節(jié)點(diǎn)
如果使用“l(fā)inux 2.6.xx”的內(nèi)核，應(yīng)該事先創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)“console”、“null”。否則在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)內(nèi)容會(huì)提示以下錯(cuò)誤：

Warning:?unable?to?open?an?initial?console.
Kernel?panic?-?not?syncing:?Attempted?to?kill?init!

創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)的命令如下：

#?mknod?dev/console?c?5?1
#?mknod?dev/null?c?1?3?移植Busybox：

進(jìn)入到壓縮文件存放的目錄下，并解壓。然后進(jìn)入解壓后的busybox目錄文件夾，隨后配置busybox 。

[root@190?busybox-1.2.0]#?make?menuconfig

由于每個(gè)版本的配置選項(xiàng)組織有所不同。不管怎樣，我們注意以下選項(xiàng)就行了：

1)?Support?for?devfs
2)?Build?BusyBox?as?a?static?binary?(?no?shared?libs?)?//將busybox編譯成靜態(tài)鏈接
3)?Do?you?want?to?build?busybox?with?a?Cross?Compile?
(/usr/local/arm/3.3.2/bin/arm-linux-)?Cross?Compile?prefix?//指定交叉編譯器
4)?init
5)?Support?reading?an?inittab?file?//支持init讀取/etc/inittab?配置文件
6)?(X)?ash選中ash?//建立的rcS腳本才能執(zhí)行
7）ash
8）cp?cat?ls?mkdir?mv?//可執(zhí)行命令工具的選擇，自己看著辦吧，需要用到的就選上
9)?mount
10)?umount
11)?Support?loopback?mounts
12)?Support?for?the?old?/etc/mtab?file
13)?insmod
14)?Support?version?2.2.x?to?2.4.x?Linux?kernels
15)?Support?version?2.6.x?Linux?kernels
16)?vi
17)don’t?use?user

以上內(nèi)容必須選上，其他可按默認(rèn)值；如果要支持其他功能，如網(wǎng)絡(luò)支持等，可按需選擇，英語(yǔ)不是很爛的話，這些都沒(méi)有問(wèn)題。
配置好之后，保存退出。然后對(duì)其編譯和安裝到剛才建立的根文件系統(tǒng)目錄下：

[root@190?busybox-1.2.0]?make?TARGET_ARCH=arm?CROSS=arm-linux-?\?PREFIX=/friendly-arm/myroots/?all?install

安裝好之后，將相應(yīng)的二進(jìn)制文件拷貝到根文件系統(tǒng)相應(yīng)的目錄下：
拷貝一些管理員控制程序到/sbin目錄下，最重要的就是要包含一個(gè)init命令；
拷貝應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)所需要的庫(kù)到/lib，庫(kù)文件可以從PC機(jī)上的交叉編譯工具安裝目錄下拷貝，如libc-2.2.2.so、libcryt-2.2.2.so、libm-2.2.2.so、libutil-2.2.2.so等，為部分相應(yīng)庫(kù)建立快捷方式，提供一些應(yīng)用程序按快 捷方式名稱(chēng)調(diào)用。值得注意的是C庫(kù)要采用C庫(kù)的版本glibc, glibc位于/lib/libc.so.6

上記の分析を通じて、ルート ファイル システムは Linux システムの重要な部分であり、Linux システムの起動(dòng)と操作に必要な主要なファイルとディレクトリが含まれていることがわかります。ルート ファイル システムは通常、/ (ルート) ディレクトリの下にマウントされ、他のファイル システムのマウント ポイントを含めることができます。ルート ファイル システムは、さまざまな種類(lèi)のファイル システム形式を使用でき、多數(shù)のツールを使用して作成および管理できます。たとえば、mkfs コマンドを使用してパーティションまたはデバイスをルート ファイル システムとしてフォーマットしたり、mount コマンドを使用してルート ファイル システムをマウントまたはアンマウントしたり、df コマンドを使用してルート ファイル システムの使用狀況を表示したりできます。ファイルシステムなど。つまり、ルート ファイル システムは Linux システムの秘密であり、Linux システムに安定した柔軟な基盤(pán)を提供します。

以上がLinux ルート ファイル システムの秘密の詳細(xì)內(nèi)容です。詳細(xì)については、PHP 中國(guó)語(yǔ) Web サイトの他の関連記事を參照してください。