Linux是一種開源、可移植、可定制的操作系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如服務(wù)器、桌面、嵌入式設(shè)備等。Linux的核心是內(nèi)核，它負(fù)責(zé)管理硬件資源和提供基本的服務(wù)。但是，內(nèi)核并不是一個獨(dú)立的實(shí)體，它需要一個文件系統(tǒng)來存儲和訪問各種數(shù)據(jù)和程序。文件系統(tǒng)是一種組織和管理文件的方法，它定義了文件的名稱、位置、屬性、權(quán)限等信息。在Linux中，有許多不同類型的文件系統(tǒng)，如ext4、xfs、btrfs等，它們各有特點(diǎn)和優(yōu)勢。但是，在所有的文件系統(tǒng)中，有一個特殊的文件系統(tǒng)，它是Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，它就是根文件系統(tǒng)（rootfs）。那么，根文件系統(tǒng)是什么？它有什么作用？它又是如何創(chuàng)建和管理的呢？本文將從以下幾個方面進(jìn)行解答：

1.根文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)是包括在一個磁盤（包括光盤、軟盤、閃盤及其它存儲設(shè)備）或分區(qū)的目錄結(jié)構(gòu)；一個可應(yīng)用的磁盤設(shè)備可以包含一個或多個文件系統(tǒng)；如果您想進(jìn)入一個文件系統(tǒng)，首先您要做的是掛載（mount）文件系統(tǒng)；為了掛載（mount）文件系統(tǒng)，您必須指定一個掛載點(diǎn)。

注：對于我們應(yīng)用開發(fā)來說，購買開發(fā)板的時候，廠家會提供好現(xiàn)成的根文件系統(tǒng)和BootLoader等，如果需要，我們可以改變其中的命令而無需從頭開始制作一個新的根文件系統(tǒng)。不過這兒的制作過程可以讓我們更深一點(diǎn)理解Linux的文件系統(tǒng)。

2.主要的根文件系統(tǒng)

* Linux 中，rootfs 是必不可少的。PC 上主要實(shí)現(xiàn)有 ramdisk 和直接掛載 HD（Harddisk，硬盤）上的根文件系統(tǒng)；嵌入式中一般不從 HD 啟動，而是從 Flash 啟動，最簡單的方法是將 rootfs load 到 RAM 的RAMDisk，稍復(fù)雜的就是直接從Flash 讀取的 Cramfs，更復(fù)雜的是在 Flash 上分區(qū)，并構(gòu)建 JFFS2 等文件系統(tǒng)。

* RAMDisk 將制作好的 rootfs 壓縮后寫入 Flash，啟動的時候由 Bootloader load 到RAM，解壓縮，然后掛載到 /。這種方法操作簡單，但是在 RAM 中的文件系統(tǒng)不是壓縮的，因此需要占用許多嵌入式系統(tǒng)中稀有資源 RAM。

ramdisk 就是用內(nèi)存空間來模擬出硬盤分區(qū),ramdisk通常使用磁盤文件系統(tǒng)的壓縮存放在flash中,在系統(tǒng)初始化時,解壓縮到SDRAM并掛載根文件系統(tǒng), 在linux系統(tǒng)中,ramdisk有二種,一種就是可以格式化并加載,在linux內(nèi)核2.0/2.2就已經(jīng)支持,其不足之處是大小固定;另一種是 2.4的內(nèi)核才支持,通過,ramfs來實(shí)現(xiàn),他不能被格式化,但用起來方便,其大小隨所需要的空間增加或減少,是目前l(fā)inux常用的ramdisk技 術(shù)。

* initrd 是 RAMDisk 的格式，kernel 2.4 之前都是 image-initrd，Kernel 2.5 引入了 cpio-initrd，大大簡化了 Linux 的啟動過程，附合 Linux 的基本哲學(xué)：Keep it simple, stupid(KISS). 不過cpio-initrd 作為新的格式，還沒有經(jīng)過廣泛測試，嵌入式 Linux 中主要采用的還是 image-initrd。

* Cramfs 是 Linus 寫的很簡單的文件系統(tǒng)，有很好的壓縮綠，也可以直接從 Flash 上運(yùn)行，不須 load 到 RAM 中，因此節(jié)約了 RAM。但是 Cramfs 是只讀的，對于需要運(yùn)行時修改的目錄（如： /etc, /var, /tmp）多有不便，因此，一般將這些目錄做成ramfs 等可寫的 fs。

* SquashFS 是對 Cramfs 的增強(qiáng)。突破了 Cramfs 的一些限制，在 Flash 和 RAM 的使用量方面也具有優(yōu)勢。不過，據(jù)開發(fā)者介紹，在性能上可能不如 Cramfs。這也是一種新方法，在嵌入式系統(tǒng)采用之前，需要經(jīng)過更多的測試。

3.Ramdisk制作

RAMDisk的制作方法如下：
(1) 在PC機(jī)的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下，生成可以虛擬成塊設(shè)備的文件，假設(shè)文件名為init.img。

$?dd?if=/dev/zero?of=init.img?bs=4096?count=1024

其中bs*count為塊設(shè)備大?。▎挝唬鹤止?jié)），生成init.img文件以后，還必須對該文件進(jìn)行格式化。

$?mke2fs?–m0?–F?init.img

(2) 新建一個文件夾ram，并將init.img掛接到ram目錄。

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

這時，讀寫ram目錄，等效于讀寫init.img文件。用戶可以將根文系統(tǒng)所需的文件寫入到ram目錄中。往ram目錄寫完文件以后，還需要使用umount ram命令卸載init.img，才能將已寫入的文件保存到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，所參與開發(fā)的文件系統(tǒng)。它是針對Linux內(nèi)核2.4之后的版本所設(shè)計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)的時候再將壓縮文件 解開。因?yàn)镃ramfs不會影響系統(tǒng)的讀取文件的速度，而且是一個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)就是一種解決這個問題的方式。CramFS是一個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 要訪問某個位置的數(shù)據(jù)的時候，馬上計算出該數(shù)據(jù)在CramFS中的位置，將它實(shí)時地解壓縮到內(nèi)存之中，然后通過對內(nèi)存的訪問來獲取文件系統(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)過程，因此這種方 式增強(qiáng)了透明度，對開發(fā)人員來說，既方便，又節(jié)省了存儲空間。

但是Cramfs也有其缺點(diǎn)：延遲、小于16MB、不支持寫，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，建立一個腳本文件，并命名為rcS，用gedit打開，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)啟動時內(nèi)容會提示以下錯誤：

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，英語不是很爛的話，這些都沒有問題。
配置好之后，保存退出。然后對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init命令；
拷貝應(yīng)用程序運(yùn)行時所需要的庫到/lib，庫文件可以從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)庫建立快捷方式，提供一些應(yīng)用程序按快 捷方式名稱調(diào)用。值得注意的是C庫要采用C庫的版本glibc, glibc位于/lib/libc.so.6

通過上述分析，我們可以看到，根文件系統(tǒng)是Linux系統(tǒng)的重要組成部分，它包含了Linux系統(tǒng)啟動和運(yùn)行所需的關(guān)鍵文件和目錄。根文件系統(tǒng)通常被掛載在/（根）目錄下，并且可以包含其他文件系統(tǒng)的掛載點(diǎn)。根文件系統(tǒng)可以使用不同類型的文件系統(tǒng)格式，并且可以通過一些工具來創(chuàng)建和管理。例如，我們可以使用mkfs命令來格式化一個分區(qū)或設(shè)備為根文件系統(tǒng)，我們可以使用mount命令來掛載或卸載一個根文件系統(tǒng)，我們可以使用df命令來查看一個根文件系統(tǒng)的使用情況等?？傊募到y(tǒng)是Linux系統(tǒng)的秘密所在，它為Linux系統(tǒng)提供了穩(wěn)定和靈活的基礎(chǔ)。

以上是Linux根文件系統(tǒng)的秘密的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！