UBIFS

2010-07-26  张芳芳 

说是原创, 其实也是对网络上的一些资料的整理,再加上自己的验证。
一、 UBIFS 简介
由IBM、nokia工程师Thomas Gleixner,Artem Bityutskiy等人于2006年发起,致力于开发性能卓越、扩展性高的FLASH专用文件系统,以解决当前嵌入式环境下以FLASH作为MTD设备使用时的技术瓶颈,
开发背景:
FLASH特性:
FLASH是一类电可擦出可编程存储体,在使用方式上与硬磁盘最大不同是:
FLASH文件系统所必须的关键技术:
1. 由于FLASH的“先擦除后写”的特性决定,必须(或者说所被公认为)采用异地更新策略(out-of-place update)。相关问题讨论可参考:
http://www.linux-mtd.infradead.org 文档 A Brief Introduction to the Design of UBIFS。
2. 采用异地更新策略就必须(或者说所被公认为)采用日志文件系统来管理。
3. 采用日志文件系统就必须(或者说所被公认为)实现垃圾回收(garbage collection)
4. 由于FLASH的物理擦除块(Physical Erase Block)只有有限次有效擦除,所以必须(或者说所被公认为)采用“负载平衡”(我比较喜欢翻译为“损益均衡”——一个经济学术语)(Wear-Leveling)技术,即保证上的(几乎)所有 PEB的擦除次数趋向于均衡化,从而避免小部分PEB大大先于其他PEB而”坏“掉。
当前嵌入式FLASH解决方案多采用:
1.  无文件系统直接使用FLASH:缺点很明显
2. 采用传统文件系统,如ext2,ext3, FAT16/32, dos,Cramfs 等:这些文件系统本来是为传统的磁盘体开发的,他们无法高效的管理以FLASH作为介质的文件系统,特别是在FLASH的使用寿命上。于是出现了第3中方案。
3. 采用FTL/NFTL(flash 转换层/nand flash转换层)+ 传统文件系统:FTL的使用就是针对FLASH的特有属性,通过硬件的方式来实现日志管理、损益均衡等技术。但实践证明,由于各方面因素导致本方案有一定的局限性。
4. FLASH专用文件系统,如JFFS1/2,YAFFS等,他们从一定程度上缓解了flash使用上的技术瓶颈。但也仍然存在诸多问题:如内存消耗大,对 FLASH容量、文件系统大小、内容、访问模式等的线性依赖,损益均衡能力差活过渡损益。随作FLASH容量逐渐暴涨(我见到的资料已经有 64GFLASH已经实用化),JFFS,YAFFS几乎无法管理如此大的FLASH——虽然JFFS目前还在改进中,但前途不看好,一个很好的例子 JFFS的主要开发者大多倒向了UBIFS。:)
 
UBI:一种类似于LVM的逻辑卷管理层。主要实现损益均衡,逻辑擦除块、卷管理,坏块管理等。
UBIFS:基于UBI的FLASH日志文件系统。
有关ubifs的详细介绍,请参考:
http://www.linux-mtd.infradead.org/doc/ubi.html
http://www.linux-mtd.infradead.org/doc/ubifs.html
二、使用UBIFS前的准备
1. 获取 ubifs:
   2.6.22以后,ubifs活跃于git管理工程中
  git://git.infradead.org/ubi-2.6.git
   2.6.27以后,ubifs被整合进内核树中,用户只需下载最新内核即可获取ubifs支持。
2. 配置linux内核 (2.6.28 以上 kernel 已经包含 ubifs, 早期的kernel 还得去官网上找找,我的就是 2.6.28)
    配置的时候选上
   1)Device Drivers  --->Memory Technology Device (MTD) support  --->UBI - Unsorted block images  --->Enable UBI
   2)File systems  --->Miscellaneous filesystems  --->UBIFS file system support
    这样我们的内核就支持UBIFS文件系统了
3. UBIFS工具
   mtd-utils工具中提供了对UBIFS的支持,所以我们需要下载和编译这些工具,下载以下几个文件
    1)下载mtd-utils
    wget http://debian.mirror.inra.fr/debian/pool/main/m/mtd-utils/mtd-utils_20080508.orig.tar.gz
    tar xzvf mtd-utils_20080508.orig.tar.gz
    cd mtd-utils-20080508
    2)编译mtd-utils (主要是修改工具链)
     修改Makefile文件:
     #CROSS=arm-linux-
       修改为  CROSS=arm-marvell-linux-gnueabi-
     BUILDDIR := $(CROSS:-=)
       修改为  BUILDDIR := .
       修改ubi-utils/Makefile文件:
       添加    CROSS=arm-marvell-linux-gnueabi-
 
       修改    ubi-utils/new-utils/Makefile文件:
       添加    CROSS=arm-marvell-linux-gnueabi-
     make WITHOUT_XATTR=1
    3) ubi-utils子目录下生成我们需要的ubiattach、ubimkvol等文件(请确保是交叉编译所得) 
    mkfs.ubifs子目录下生成我们需要的mkfs.ubifs工具,通过这个工具我们能打包一个文件夹,生成UBIFS系统镜像,
     我是使用 nfs 启动, 直接解压文件到 flash 上,所以并没有使用 mkfs.ubifs工具.
     另外网络上很多文正提到 zlib、lzo 这两个库,但是我并没有使用到。

三. 如何使用UBIFS
1. 使用nfs启动系统, 首先建立设备节点:
    mknod   /dev/ubi_ctrl c 10 58
    mknod /dev/ubi0 c 250 0
2、 执行以下命令挂载ubifs:
   1)flash_eraseall /dev/mtd4                 #擦出分区
   2)ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4             #建立关联
   3)ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 450MiB   #创建容量, -s 是设置大小
   4)mount -t ubifs ubi0_0 /mnt               # 也可以:mount -t ubifs ubi0:rootfs /mnt

三. uboot 如何支持 UBIFS 为根文件系统启动:
setenv bootargs console=ttyS0,115200 ubi.mtd=4 root=ubi0_0 rootfstype=ubifs ip=192.168.1.101:192.168.1.100::255.255.255.0::usb0:on

下面附上一个我自己通过 nfs 启动以后, 烧写 kernel 和文件系统的脚本。

#!/bin/sh
TestResult()
{
if [ $? -ne 0 ]; then
        echo "$1 faild please check the file"
        exit 1
else
        echo "$1 OK !!!"
        echo " "
fi
}

#Erase the flash partition
echo "--------------Erase the flash partitin----------------"
/mtd-utils/usr/sbin/flash_eraseall /dev/mtd3
/mtd-utils/usr/sbin/flash_eraseall /dev/mtd4
echo "--------------Install kernel and software to flash----------------"
/bin/dd if=/zImage of=/dev/mtdblock3

mkdir -p /mountpoint
mknod   /dev/ubi_ctrl c 10 58
mknod /dev/ubi0 c 250 0
/mtd-utils/ubi/ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4
TestResult "/mtd-utils/ubi/ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4"
/mtd-utils/ubi/ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 450MiB
TestResult "/mtd-utils/ubi/ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 450MiB"
/bin/mount -t ubifs ubi0_0 /mountpoint
TestResult "/bin/mount -t ubifs ubi0_0 /mountpoint"
echo "tar xvf /fs.tar -C /mountpoint please wait"
tar xf /FSSoftware.tar -C /mountpoint
sync
/bin/umount /mountpoint
echo "----------------------------------------------------------------"
echo "         Please set uboot environment:   "
echo "setenv bootargs console=ttyS0,115200 ubi.mtd=4 root=ubi0_0 rootfstype=ubifs ip=192.168.1.101:192.168.1.100::255.255.255.0::usb0:on"
echo "----------------------------------------------------------------"
exit 0

另外 ubifs 是一个异步的文件系统, 所以为了掉电的时候数据能保存完整, 最好使用
-o sync 挂载文件系统。
 
本文来自CSDN博客,转载请标明出处:http://blog.csdn.net/pottichu/archive/2010/04/28/5539923.aspx
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