内核移植和文件系统制作（4）：UBIFS根文件系统制作总结

UBIFS文件系统简介： 

无排序区块图像文件系统(UnsortedBlock Image File System, UBIFS)是用于固态硬盘存储设备上，并与LogFS相互竞争，作为JFFS2的后继文件系统之一。真正开始开发于2007年，并于2008年10月第一次加入稳定版本于Linux核心2.6.27版。UBIFS最早在2006年由IBM与Nokia的工程师Thomas Gleixner，ArtemBityutskiy所设计，专门为了解决MTD（MemoryTechnology Device）设备所遇到的瓶颈。由于Nand Flash容量的暴涨，YAFFS等皆无法再去控制Nand Flash的空间。UBIFS通过子系统UBI处理与MTD device之间的动作。与JFFS2一样，UBIFS建构于MTD device之上，因而与一般的block device不兼容。JFFS2运行在MTD设备之上，而UBIFS则只能工作于UBIvolume之上。也可以说，UBIFS涉及了三个子系统：

1.      MTD 子系统， 提供对flash芯片的访问接口，MTD子系统提供了MTD device的概念，比如/dev/mtdx，MTD可以认为是raw flash

2.      UBIsubsystem，为flash device提供了wear-leveling和 volume management功能； UBI工作在MTD设备之上，提供了UBI volume；UBI是MTD设备的高层次表示，对上层屏蔽了一些MTD不得不处理的问题，比如wearing以及坏块管理

3.      UBIFS文件系统，工作于UBI之上，必须在Device Drivers中选择支持MTD

以下是UBIFS的一些特点：

Ø     可扩展性：UBIFS对flash 尺寸有着很好的扩展性； 也就是说mount时间，内存消耗以及I/O速度都不依赖与flash 尺寸（对于内存消耗并不是完全准确的，但是依赖性非常的低）；UBIFS可以很好的适应GB flashes;  当然UBI本身还有扩展性的问题，无论如何 UBI/UBIFS都比JFFS2的可扩展性好，此外如果UBI成为瓶颈，还可以通过升级UBI而不需改变UBIFS

Ø     快速mount：不像JFFS2，UBIFS在mount阶段不需要扫描整个文件系统，UBIFS mount介质的时间只是毫秒级，时间不依赖与flash的尺寸；然而UBI的初始化时间是依赖flash的尺寸的，因此必须把这个时间考虑在内

Ø     write-back支持：回写或者叫延迟写更准确些吧，同JFFS2的write-through(立即写入内存)相比可以显著的提高文件系统的吞吐量。

Ø     异常unmount适应度：UBIFS是一个日志文件系统可以容忍突然掉电以及unclean重启； UBIFS 通过replay 日志来恢复uncleanunmount，在这种情况下replay会消耗一些时间，因此mount时间会稍微增加，但是replay过程并不会扫描整个flash介质，所以UBIFS的mount时间大概在几分之一秒。

Ø     快速I/O - 即使我们disablewrite-back（可以在unmount时使用-o syncmount选项）， UBIFS的性能仍然接近JFFS2;记住，JFFS2的同步I/O是非常惊人的，因为JFFS2不需要在flash上维护indexing data结构， 所以就没有因此而带来的负担； 而UBIFS恰恰是有index数据的。 UBIFS之所以够快是因为UBIFS提交日志的方式：不是把数据从一个地方移动到另外一个位置，而只是把数据的地址加到文件系统的index，然后选择不同的eraseblock作为新的日志块，此外还有multi-headed日志方式等技巧。

Ø     on-the_flightcompression - 存储在flash介质上的数据是压缩的；同时也可以灵活的针对单个文件来打开关闭压缩； 例如，可能需要针对某个特定的文件打开压缩，或者可能缺省方式下支持压缩，但是对多媒体文件则关闭压缩。

Ø     可恢复性 - UBIFS可以从index破坏后恢复； UBIFS中的每一片信息都有一个header来描述，因此可以通过扫描这个flash介质来重构文件系统，这点和JFFS2非常类似；想像一下，如果你擦出了FAT文件系统的FAT表，那么对于FAT FS是致命的错误，但是如果擦除UBIFS的index,你人然可以重构文件系统，当然这需要一个特定的用户空间程序来做这个恢复

Ø     完整性 - UBIFS通过写checksum到flash 介质上来保证数据的完整性，UBIFS不会无视损坏文件数据或meta-data；缺省的情况，UBIFS仅仅检查meta-data的CRC，但是你可以通过mount选项，强制进行data CRC的检查

UBIFS文件系统制作过程：

1,添加内核支持（linux-3.8.0）：

  Device Drivers  --->    

<*> Memory Technology Device (MTD) support  --->    

 <*>   Enable UBI - Unsorted block images  --->   

--- Enable UBI - Unsorted block images 

(4096) UBI wear-leveling threshold  

(1)   Maximum expected bad eraseblock count per 1024 eraseblocks

[ ]   UBI Fastmap (Experimental feature)  

< >   MTD devices emulation driver (gluebi)  

  File systems  --->  

 [*] Miscellaneous filesystems  --->   

<*>   UBIFS file system support 

[*]     Advanced compression options 

[*]       LZO compression support

[*]       ZLIB compression support 

make编译即可

2，制作文件UBIFS文件系统镜像

mkfs.ubifs工具制作的文件系统映像，在uboot中烧录这种映像文件的方式过于复杂，既要使uboot支持nandflash分区，又要在uboot中激活这个分区，并通过ubi write命令烧录这个映像。为便于移植，需要用到 mkfs.ubifs，ubinize工具，它的作用是将mkfs.ubifs制作的映像转换为可以直接用nand write命令烧录的映像文件。

由于制作mkfs.jffs2和mkfs.ubifs工具，会同时生成ubinize工具，自己就是按照脚本制作的工具和生成UBIFS文件系统镜像。

（1）制作mkfs.jffs2和mkfs.ubifs工具的链接：http://blog.csdn.net/fulinus/article/details/8860836

（2）生成UBIFS的脚本：

注意两点：

mkfs.ubifs工具需要明确的参数：

m：页大小，如上：2K

x： 镜像压缩格式,可选 LZO

e：逻辑可擦除块大小

c: 最多逻辑可擦除数目

r（或d）：指定根文件目录树

o：指定生产文件名

ubinize工具需要明确的参数：

需要指定一个配置文件，格式如下：

[ubifs-volume]
mode=ubi
image=filename //文件名称，即mkfs.ubifs文件制作生产文件
vol_id=0
vol_size= filesize //文件大小，按实际情况来定
vol_type=dynamic
vol_name=rootfs
vol_flags=autoresize
vol_alignment=1

m: 页大小，2k

p: 物理块擦除大小

s：一般和页大小一样 2k

v：头部大小，一般是512

o: 指定输出文件

mkfs.ubifs和ubinize用法参考链接：

http://wenku.baidu.com/link?url=ZjS_qifTxWr68prdj780aT6yFp0rD8IbZGFvbT0ASwUhZbvdQBBzyIGTp_d5bbJx5IAb4TJX4CDmdUJ26mRwn2hij7G58X-WHPZVYCpR1MG

UBIFS文件系统介绍：

http://wenku.baidu.com/view/eebeacd9a58da0116c174991.html

制作脚本：

[zhouguangfeng@localhost ubifs]$ vim build_ubifs.sh 

#!/bin/sh

CPU=zhou
rootfs_dir=../rootfs //指定根文件目录，根据根文件目录树而定
partition_sizeM=40
image_name=rootfs_${CPU}.ubifs


if [ ! -d $rootfs_dir ] ; then
    echo 'Miss rootfs source code tree '$rootfs_dir' exit...'
    exit;
fi

#Default setting by UBIFS
sub_page_size=512
vid_head_offset=512


#-m, minimum I/O unit size, it's 2K(the Page size) on K9F2G08, refer to 'UBI: smallest flash I/O unit:    2048' 
page_size_in_bytes=2048
#echo 'Page size [$page_size_in_bytes] bytes.'


#It's 64 pages per block on K9F2G08
pages_per_block=64
block_size_in_bytes=`expr $page_size_in_bytes * $pages_per_block`
#echo '[$pages_per_block] pages per block and [$block_size_in_bytes] bytes'


#It's 2048 blocks on K9F2G08
blocks_per_device=2048
#echo 'Blocks per device  [$blocks_per_device]'


#-e, logical erase block size, fixed on K9F2G08, refer to u-boot information 'UBI: logical eraseblock size:  129024 bytes'
# logical erase block size is physical erase block size minus 1 page for UBI
logical_pages_per_block=`expr $pages_per_block - 1`
logical_erase_block_size=`expr $page_size_in_bytes * $logical_pages_per_block`
#echo 'Logical erase block size:  [$logical_erase_block_size] bytes.'

#The rootfs partition size in bytes
partition_size_in_bytes=`expr $partition_sizeM * 1024 * 1024`
partition_physical_blocks=`expr $partition_size_in_bytes / $block_size_in_bytes`
#echo 'Partition size [$partition_size_in_bytes] bytes and [$partition_physical_blocks] blocks.'


#Logical blocks on a partition = physical blocks on a partitiion - reserved for wear level 
patition_logical_blocks=`expr $partition_physical_blocks - $wear_level_reserved_blocks`
#echo 'Logical blocks in a partition [$patition_logical_blocks]'


#File-system volume = Logical blocks in a partition * Logical erase block size
fs_vol_size=`expr $patition_logical_blocks * $logical_erase_block_size`
#echo 'File-system volume [$fs_vol_size] bytes.'


config_file=rootfs_ubinize.cfg
image_tmp=ubifs-${CPU}.img

set -x

echo ''
echo 'Generating $image_name file by mkfs.ubifs...'
/usr/bin/mkfs.ubifs -x lzo -m $page_size_in_bytes -e $logical_erase_block_size -c $patition_logical_blocks -r
$rootfs_dir -o $image_tmp
set +x


echo
echo 'Generating configuration file...'
echo '[ubifs-volume]' > $config_file
echo 'mode=ubi' >> $config_file
echo 'image=$image_tmp' >> $config_file
echo 'vol_id=0' >> $config_file
echo 'vol_size=$fs_vol_size' >> $config_file
echo 'vol_type=dynamic' >> $config_file
echo 'vol_name=rootfs' >> $config_file
echo 'vol_flags=autoresize' >> $config_file
echo 'vol_alignment=1' >> $config_file
echo

set -x
/usr/bin/ubinize -o $image_name -m $page_size_in_bytes -p $block_size_in_bytes -s $sub_page_size  -O    $vid_head_offset
$config_file

rm -f $image_tmp $config_file
cp $image_name /tftp

set +x

[zhouguangfeng@localhost ubifs]$ sh build_ubifs.sh 

[zhouguangfeng@localhost ubifs]$ ls
build_ubifs.sh  rootfs_zhou.ubifs
[zhouguangfeng@localhost ubifs]$ OK!

使用的linux服务器已经开启tftp，ip为192.168.1.3，最后脚本直接将镜像文件拷贝到/tftp目录下，并在uboot下设置serverip为192.168.1.3。

3,在uboot添加对UBIFS的支持

nandflash分区如下：

Creating 9 MTDpartitions on 'NAND':

0x000000000000-0x000000100000: 'mtdblock0_u-Boot 1MB '

0x000000100000-0x000001000000 : 'mtdbolck1_kernel 15MB'

0x000001000000-0x000002400000: 'mtdbolck2_ramdisk 20MB'

0x000002400000-0x000003800000: 'mtdblock3_cramfs 20MB'

0x000003800000-0x000006000000: 'mtdblock4_jffs2 40MB'

0x000006000000-0x000008800000: 'mtdblock5_yaffs2 40MB'

0x000008800000-0x00000b000000: 'mtdblock6_ubifs 40MB'

0x00000b000000-0x00000d800000: 'mtdblock7_apps 40MB'

0x00000d800000-0x000010000000: 'mtdblock8_data 40MB'

其中kernel和UBIFS镜像文件系统烧写的地址一定要与分区对应，分区mtdbolck1放置内核和分区mtdblock6放置UBIFS，偏移分别为100000和8800000

[ s3c2440@zhou ]# set serverip 192.168.1.3

[ s3c2440@zhou ]# set bubifs 'tftp 30008000 rootfs_zhou.ubifs;nand erase 8800000 2800000;nand write 30008000 8800000 800000'

[ s3c2440@zhou ]# set bootargs_ubifs 'console=ttyS0,115200 mem=64Mubi.mtd=6 root=ubi0:rootfs rootwait rootfstype=ubifs rw'

[ s3c2440@zhou ]# set bootargs  'console=ttyS0,115200 mem=64Mubi.mtd=6 root=ubi0:rootfs rootwait rootfstype=ubifs rw'

[ s3c2440@zhou ]# set bootcmd_rootfs 'nand read 30008000 100000 800000;bootm 30008000'

[ s3c2440@zhou ]# set bootcmd 'run bootcmd_rootfs'

[ s3c2440@zhou ]# save                  
Saving Environment to NAND...
Erasing Nand...
Erasing at 0x60000 -- 100% complete.
Writing to Nand... done
[ s3c2440@zhou ]# pri
cpu=s3c2440
bbl=tftp 30008000 u-boot-$cpu.bin;nand erase 0 100000;nand write 30008000 0 $filesize
norbbl=erase bank 1; tftp 30008000 u-boot-$cpu.bin;cp.b 30008000 0 $filesize
blx=tftp 30008000 linuxrom-$cpu.bin;nand erase 100000 F00000;nand write 30008000 100000 $filesize
bcramfs=tftp 30800000 cramfs-$cpu.rootfs;nand erase 2400000 1400000;nand write 30800000 2400000 $filesize
tb=tftp 30008000 linuxrom-$cpu.bin;bootm 30008000 
bootargs_initamfs=console=ttyS0,115200 mem=64M rw loglevel=7
bootargs_ramdisk=console=ttyS0,115200 root=/dev/ram0 initrd=0x30800000,16M init=/linuxrc mem=64M rw loglevel=7
bootargs_cramfs=console=ttyS0,115200 root=/dev/mtdblock3 rootfstype=cramfs init=/linuxrc mem=64M noinitrd        loglevel=7
bootargs_jffs2=console=ttyS0,115200 root=/dev/mtdblock4 rootfstype=jffs2 init=/linuxrc mem=64M rw noinitrd         loglevel=7
mtdparts=mtdparts=nand0:1m(uboot),15m(kernel),20m(ramdisk),20m(cramfs),20m(jffs2),20m(yaffs2),20m(ubifs),-(users)
baudrate=115200
ethaddr=08:08:11:18:12:27
ethact=dm9000
bootdelay=1
bkr=tftp 30008000 linuxrom-s3c2440_zhou.bin;nand erase 100000 800000;nand write 30008000 100000 800000
bootargs_ubifs=console=ttyS0,115200 mem=64M ubi.mtd=6 root=ubi0:rootfs rootwait rootfstype=ubifs rw
bootcmd_rootfs=nand read 30008000 100000 800000;bootm 30008000
bubifs=tftp 30008000 rootfs_zhou.ubifs;nand erase 8800000 2800000;nand write 30008000 8800000 800000
brdfs=tftp 30008000 ramdisk_zhou.gz;nand erase 1000000 1400000;nand write 30008000 1000000 800000
bootcmd_ramdisk=nand read 30008000 100000 800000;nand read 30800000 1000000 800000;bootm 30008000
bootcmd=run bootcmd_rootfs
bootargs_nfs=noinitrd console=ttyS0,115200 init=/linuxrc mem=64M loglevel=7 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.3:/opt/ ip=192.168.1.224:192.168.1.3:192.168.1.1:255.255.255.0:localhost.com:eth0:off
filesize=2F8910
fileaddr=30008000
gatewayip=192.168.1.1
netmask=255.255.255.0
serverip=192.168.1.3
bootargs=console=ttyS0,115200 mem=64M ubi.mtd=6 root=ubi0:rootfs rootwait rootfstype=ubifs rw
ipaddr=192.168.1.220
stdin=serial
stdout=serial
stderr=serial


Environment size: 2076/131068 bytes