OpenWrt 相关文件系统简介

前言：OpenWrt作为嵌入式系统，使用到了多种文件系统来实现特定的功能。其常使用的文件系统有SquashFS、JFFS2和overlayfs等，每个文件系统都具有各自的特性，openWRT也正是据此来使用不同文件系统来实现各种功能需求。下面将对openWRT常用到的文件系统进行简单的介绍，并根据具体产品所使用的文件系统与空间布局关联性出发，进一步分析各种文件系统在openWRT中所扮演的角色。

1、openWRT主要使用的文件系统

以下逐一简单介绍这些文件系统的主要特性，部分特性也是openWRT选择的依据。

一）SquahFS文件系统简介

    SquashFS是基于GPL协议开发的只读压缩文件系统。 早期版本使用gzip算法进行压缩，由于改进后的LZMA算法具有高压缩比、解压缩时仅需少量内存、解压和压缩速度快以及支持多线程等特点，使得该算法非常适合于嵌入式系统中。openWRT中使用了LZMA算法的SquashFS文件系统，其具有如下特点：

1）  占用更少的空间（据统计较之JFFS2文件系统可以节省20~30%的空间）；

2）  可以支持FailSafe功能，即系统出现问题可以恢复出厂配置；

3）  只读文件系统；

4）空间浪费，当该文件系统中的某一文件被修改时，该文件会被拷贝到另一个分区（如JFFS2）中；

该文件系统在openWRT中主要是用于存储一些基础文件，如busybox、dropbear和iptables等，作为openWRT的只读部分以支持FailSafe模式。 

二）JFFS2简介

    JFFS2是一种可写的日志结构文件系统，其可以使用LZMA算法进行压缩。具备如下的特点：

1）  可写，是日志结构类型文件系统，且具有损耗平衡；

2）  可压缩所以程序使用更少空间；

3）  读是以页（页大小512字节）为单位进行，而擦写是以擦写块（（NOR：64~128KB， NAND：8~32KB））为单位操作。该系统维护了几个链表来管理擦写块，根据擦写块上的内容，擦写块可能会在不同的链表上。

该文件系统在openWRT中主要是用于存储可以更改的配置文件，以及安装的软件包等，作为openWRT的可写部分提供了更新升级软件不需要整体刷机的功能。 

三）overlayfs简介

    overlayfs文件系统是由Miklos Szeredi所开发，主要目的是虚拟化系统建立在共同的基础文件系统上。其主要的特性：叠合两种不同的文件系统，一个可写，另一个只读。这样的特性对用户是透明的，可使得系统能支持恢复出厂配置等功能。目前该文件系统暂未合入到linux内核源码中，下文将详细介绍该系统的原理及相关特性。该文件系统在openWRT中主要是提供一种粘合机制，这样提高了openWRT所能采用不同文件系统实现不同功能的灵活性。 

2、openWRT文件系统与Flash布局

    由于嵌入式系统的特性限制，以及相关功能的需求导致了openWRT如果使用单一的文件系统将难以实现。所以目前openWRT根据所要实现的功能选择不同的文件系统进行组合实现，常用的文件系统以SquahFS、JFFS2和overlayfs等为主。

    在大多数路由系统中使用Flash来存储程序和数据，根据Flash和处理芯片的连接方式可以分为两种：Raw Flash，即Flash和处理芯片直接连接；FTL Flash，通过在Flash和处理芯片之间加入附加控制芯片（Flash Translation Layer）进行连接。openWRT目前采用Raw Flash方式。

    文件系统和Flash的布局具有较强的关联性，以下将根据某款路由产品所使用的文件系统及Flash的布局进行介绍。系统启动之后可以根据串口输出的打印和文件系统/proc综合分析得出具体产品的Flash布局和文件系统的使用情况。如下是一次正常启动的输出：

[0.680000] Creating 5MTD partitions on "spi0.0":

[0.690000]0x000000000000-0x000000020000 :  "u-boot"

[0.690000]0x000000020000-0x00000011da50 :  "kernel"

[0.710000]0x00000011da50-0x0000007f0000 :  "rootfs"

[0.740000]0x0000003d0000-0x0000007f0000 :  "rootfs_data"

[0.750000]0x0000007f0000-0x000000800000 :  "art"

[0.760000]0x000000020000-0x0000007f0000 :  "firmware"

根据上述的输出，以及在串口中使用命令“cat /proc/mtd”和“mount”可以综合得出表1。

表1  Flash布局和文件系统

OpenWRT使用MTD（Memory TechnologyDevice）来标记Flash的每个分区，这样可以方便的使用名称来操作相关分区。从表中可以看出各个分区所使用的文件系统及其挂载点，如果相关项为空说明没有使用相关文件系统及挂载使用。每个分区所包含的主要内容有：

1）u-boot(mtd0)，该分区存放引导程序bootloader。

2）kernel(mtd1)，该分区存放Linux内核。

3）rootfs(mtd2)，该分区分成两部分，一部分以文件系统SquashFS的形式挂载到/rom为只读部分，该部分包括一些基础的文件，如busybox、dropbear和iptables等。也包含一些默认的配置文件可以用以openWRT的FailSafe模式。另一部分为mtd3。

4）rootfs_data (mtd3)，该分区使用文件系统JFFS2成为可写部分，包含有可以更改的配置文件，以及安装的软件包等。

5）art (mtd4)，该分区用于存储wifi的校准数据（art：Atheros Radio Test）。

6）firmware (mtd5)，该分区包含分区mtd1和mtd2。

其中分区/rom和/overlayfs是通过overlayfs文件系统挂载到目录“/”下给用户操作，底层的处理对用户是完全透明的。在系统升级过程中常使用命令“mtd –r write xxx.bin firmware”来完成，需要更新整个分区的信息。否则如果使用命令“mtd –r write xxx.bin kernel”来升级的话，需要手动调整后面的文件系统相关信息，这可能会导致很多信息不一致的情况出现。