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嵌入式ROOTFS transplantation

发布时间:2019-05-22

作一个嵌入式Linux rootfs,并且实现 web 服务

1. 文件系统简介

?理论上说一个嵌入式设备如果内核能够运行起来,且不需要运行用户进程的话,是不需要文件系统的,文件系统简单的说就是一种目录结构,由于 linux操作系统的设备在系统中是以文件的形式存在,将这些文件进行分类管理以及提供和内核交互的接口,就形成一定的目录结构也就是文件系统,文件系统是为用户反映系统的一种形式,为用户提供一个检测控制系统的接口。
?根文件系统,我认为根文件系统就是一种特殊的文件系统 ,那么根文件系统和普通的文件系统有什么区别呢?由于根文件系统是内核启动时挂在的第一个文件系统,那么根文件系统就要包括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这个挂载文件等,根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等,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支持多种文件系统,包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、yaffs、romfs和nfs等,为了对各类文件系统进行统一管理,Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual File System),为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口。
? 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。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。不同的文件系统类型有不同的特点,因而根据存储设备的硬件特性、系统需求等有不同的应用场合。在嵌入式Linux应用中,主要的存储设备为 RAM(DRAM,SDRAM)和ROM(常采用FLASH存储器),常用的基于存储设备的文件系统类型包括:jffs2, yaffs, cramfs, romfs,ramdisk, ramfs/tmpfs等。
2. 基于FLASH的文件系统
? 2.1 Cramfs:Compressed ROM File System
?它的速度快,效率高,其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏,提高了系统的可靠性。由于以上特性, Cramfs在嵌入式系统中应用广泛。但是它的只读属性同时又是它的一大缺陷,使得用户无法对其内容对进扩充。Cramfs映像通常是放在Flash中。
? 2.2 jffs2
? Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2)

?主要用于NOR型闪存,基于MTD驱动层,特点是:可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统,并提供了崩溃/掉电安全保护,提供“写平衡”支持等。

?缺点主要是当文件系统已满或接近满时,因为垃圾收集的关系而使 jffs2的运行速度大大放慢。jffs不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大,这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大,另外,jffs 文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容,以找出所有的日志节点,建立文件结构,对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。

2.3.yaffs:Yet Another Flash File System

? yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比,它减少了一些功能(例如不支持数据压缩),所以速度更快,挂载时间很短,对内存的占用较小。另外,它还是跨平台的文件系统,除了Linux和eCos,还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动,并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API,用户可以不使用Linux中的MTD与 VFS,直接对文件系统操作。当然,yaffs也可与MTD驱动程序配合使用。
? yaffs与yaffs2的主要区别在于,前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存,后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时,yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。
? 2.4. 网络文件系统NFS (Network File System)
? NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。
?在嵌入式 Linux系统的开发调试阶段,可以利用该技术在主机上建立基于NFS的根文件系统,挂载到嵌入式设备,可以很方便地修改根文件系统的内容。
?所采用的工具: mkfs.cramfs,mkfs.jffs2,mkfs.yaffs
? http://sourceforge.net/projects/cramfs/
? http://sourceforge.net/projects/jffs2os/
? http://sourceforge.net/projects/yaffs/
3.根文件系统的组成
? 目录内容
? Bin :基本的可执行文件
? Opt :添加的软件包
? Boot :启动时需要的一些文件
? Proc :内核及进程信息的虚拟文件系统
? Dev : 设备文件
Root:root用户目录
? Etc: 系统配置文件
? Sbin:系统管理的程序
? Home : 用户目录
? Tmp : 临时文件
? Lib : 库文件
? Usr : 应用程序
? Mnt : 挂载文件系统的挂载点
? Var : 存放系统日志或一些服务程序的临时文件
?根文件系统中的每一个顶级目录都有特定的用途和目的
?但并不是所有的目录在嵌入式环境下都需要,
?我们只创建需要的一些目录 :
? /bin /sbin /etc /proc /tmp /var /dev /mnt
? Linux的根文件系统至少应包括以下几项内容。
? 1.基本的文件系统结构,包含一些必需的目录比如:/dev,/proc,/bin,/etc,/lib,/usr,/tmp等。
? 2.基本程序运行所需的库函数,如Glibc/uClibc。
? 3.基本的系统配置文件,比如rc.sysinit,inittab等脚本文件。
? 4.必要的设备文件支持:/dev/hd*,/dev/tty*,/dev/fd0。
? 5.基本的应用程序,如sh,ls,cp,mv等。
? 1.把全局配置文件放入/etc目录下。
? 2.将设备文件信息放入/dev目录下,设备名可以作为符号链接定位在/dev中或/dev子目录中的其他设备存在。
? 3.操作系统核心定位在/或/boot,若操作系统核心不是作为文件系统的一个文件存在,不应用它。
? 4.库存放的目录是/lib。
? 5.存放系统编译后的可执行文件、命令的目录是/bin,/sbin,/usr。
4. 定制文件系统 ,基于 ELDK,busybox
?安装 ELDK:
#mount –o loop arm-2008-11-24.iso /mnt
? #/mnt/install –d /opt/eldk
? #mkdir rootfs ;假定以下内容都是在 rootfs 目录下:
? 4.1自定义文件系统
?目录 bin
? -------->用busybox编译,下面说明
?目录 sbin
? -------->用busybox编译,下面说明
?目录 usr
? -------->建立bin sbin两个空目录
?目录 var
? -------->建立log空目录
?目录 etc
? ------->可以把/opt /eldk/arm下或者s3c2410_recover
?的 etc 拷贝过来修改,怎么修改下面说明,需要包括:
? inittab
? rc.local -> rc.d/rc.local
? rc.sysinit -> rc.d/rc.sysinit
?
目录 dev
? ------->这里不能直接从/opt/eldk/下 拷贝
? 应当如下制作否则系统启动是会说明找不到设备文件 console之类
? cd / rootfs/dev
? /mnt/ELDK_MAKEDEV //ELDK_MAKEDEV从 ELDK ISO 文件里copy出来
?这样在目录 dev 节点文件就出现了
?目录 lib
? ------->如果是采用静态编译,这里就空着;
?如果采用动态编译 ,
s3c2410_recover\lib
?或 /usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/lib
?或 /opt/eldk/arm/lib copy 过来,再裁减lib 库
?目录 proc
? ------->空着但必须有这目录
? 4.2.etc/下文件内容修改
? 4.2.1 etc/rc.d/rc.sysinit
?这里你还可以按自己的要求修改
? 4.2.2 etc/rc.d/rc.local
?以后要启动的程序你可以加在这里
? =============================================================
? #!/bin/sh
? #
? # This script will be executed *after* all the other init scripts.
? # You can put your own initialization stuff in here if you don't
? # want to do the full Sys V style init stuff.
? #touch /var/lock/subsys/local
? =======================================
?4.2.3 etc/inittab
? init启动后会首先执行这个文件
? ===========================================================?#
? # inittab This file describes how the INIT process should set up
? # the system in a certain run-level.
? # Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
? # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
? # 1 - Single user mode
? # 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
? # 3 - Full multiuser mode
? # 4 - unused
? # 5 - X11
? # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
? #

【1】文件系统

挂载文件系统
mount -t vfat /dev/mmcblk1p1 /mnt
挂载 指定需要挂载的文件系统的类型 设备节点(文件) 挂载点(文件系统挂载到rootfs的地方)

【2】内核调试

1)点灯是用 GPIO 作为输出,观察程序运行阶段和状态的方法

2)printk
内核解压后
信息输出显示是在 console 初始化之后


printascii
console初始化前


printk打印级别:数字越低,级别越高
  1. #define KERN_EMERG " <0>" /* system is unusable */
  2. #define LERT " <1>” /* action must be taken immediately */
  3. #define KERN_CKERN_ARIT " <2>" /* critical conditions */
  4. #define KERN_ERR " <3>" /* error conditions */
  5. #define KERN_WARNING " <4>" /* warning conditions */
  6. #define KERN_NOTICE " <5>" /* normal but significant condition */
  7. #define KERN_INFO " <6>" /* informational */
  8. #define KERN_DEBUG " <7>" /* debug-level messages




ubuntu系统:

通过proc在运行时查看和修改日志级别
cat /proc/sys/kernel/printk
4 4 1 7
echo “7 4 1 7” >/proc/sys/kernel/printk
cat /proc/sys/kernel/printk
7 4 1 7
3)OOPS
pc寄存器保存内核崩溃时,运行的地址

定位 系统崩溃时的地址
linux@ubuntu:~/work/day_2/linux-3.14-fs4412$ arm-none-linux-gnueabi-addr2line 0xc0278e1c
-e vmlinux -f
指定定位镜像文件 指定出错的文件以及行号

dm9000_probe
/home/linux/work/day_2/linux-3.14-fs4412/drivers/net/ethernet/davicom/dm9000.c:1414

4)调试信息
调试信息一般显示在两个地方 :终端、log日志

klogd进程:执行系统调用,去访问内核的打印消息
syslog进程:记录非内核打印的消息


void openlog(const char *ident, int option, int facility);
功能:打开日志
参数:ident 日志的标志
option LOG_PID Include PID with each message. 打印的消息附加上进程ID

LOG_CONS Write directly to system console if there is an error while sending to system logger.
把消息显示到log日志
facility 表示的是消息出自于什么类型的进程
LOG_DAEMON system daemons without separate facility value
void syslog(int priority, const char *format, ...);
功能:将消息显示到日志中
参数:priority 级别
LOG_WARNING warning conditio
LOG_NOTICE normal, but significant, condition

LOG_INFO informational message

LOG_DEBUG debug-level message


void closelog(void);
功能:关闭日志

查看日志消息: var/log/syslog日志

【3】文件系统

文件系统:文件存储的格式
文件系统的类型:
磁盘文件系统:驻留在磁盘上的文件系统
FAT16、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3、EXT4
网络文件系统:可以远程访问的文件系统
nfs(network filesystem)
内存文件系统:存在内存上的文件系统
tmpfs
只读文件系统:
cramfs

根文件系统(root filesystem)是存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、
配置文件和其他特殊文件的地方,也可以安装各种软件包。


根文件系统是内核运行之后,加载的第一个文件系统,是其他文件系统的根,可用来挂载其他类型的文件系统,也可视其为特殊的文件系统
必须存在,不存在内核无法运行

文件系统的目录结构:
/etc 存放内核所需要的配置文件(启动文件)
====================================================================
/bin: 普通用户和root用户都能执行的基本程序
ping, mknod, mount, tar, grep, gzip, etc
/sbin: root用户能执行的基本程序
int, insmod, route, mkfs, rmmod, ifconfig
====================================================================
/usr/bin: 更多非必须的用户程序
autorun, bibtex, latex, biff, ftp, wc, whereis, whoami
/usr/sbin: 更多非必须的root工具程序
automount, httpd, in.telnetd, in.talkd, sendmail
====================================================================
/proc 挂载proc文件系统,记录进程的信息
/sys 挂载sysfs文件系统,记录内核所需的特殊文件,设备,总线等信息
/mnt 临时挂载点,挂载其他文件系统使用
/tmp 临时挂载点,挂载其他文件系统使用
====================================================================
/dev 设备节点(文件)


【4】根文件系统的制作

1)make
生成bin sbin usr/bin usr/sbin linuxrc

2)mkdir dev etc mnt proc var tmp sys root


3)/etc
inittab fstab init.d/rcS profile

inittab
|
|
fstab
|
|
init.d ---- rcS
|
|
profile

1)initab 内核在加载rootfs的时候,解析该文件
  1. ::sysinit:/etc/init.d/rcS 文件系统中运行第一个脚本
  2. :askfirst:-/bin/sh 指定脚本的类型
  3. ::restart:/sbin/init 文件系统运行的第一个进程(sbin/init) init=/linuxrc 守护进程
  4. 开启当前的shell环境,服务其他进程,打开其他进程
  5. ::ctrlaltdel:/sbin/reboot reboot系统重启



2)init.d/rcS
  1. #!/bin/sh
  2. # This is the first script called by init process
  3. /bin/mount -a 执行挂载,与之匹配的是fstab中设置好的挂载点
  4. echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug 生效热插拔机制
  5. /sbin/mdev -s




3)fstab 设置不同的文件系统的挂载点
#device mount-point type options dump fsck order
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0


4)申明库文件,以及进程的路径
export HOSTNAME=farsight
export USER=root


PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
联系方式 0755-82591179

传真:0755-82591176

邮箱:vicky@yingtexin.net

地址:深圳市龙华区民治街道民治大道973万众润丰创业园A栋2楼A08

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