UBI文件系统分析

### UBI文件系统分析 #### 一、挂载UBIFS的代码分析 ##### 1. ubi_attach_mtd_dev函数解析 UBIFS (Unsorted Block Image File System) 是一种为闪存存储器优化的文件系统，它适用于各种嵌入式系统。在分析UBIFS的挂载过程时，我们首先关注的是`ubi_attach_mtd_dev`函数，这是UBIFS挂载过程中非常关键的第一步。 ```c int ubi_attach_mtd_dev(struct mtd_info *mtd, int ubi_num, int vid_hdr_offset) ``` 这个函数的主要任务是将MTD (Memory Technology Device) 设备与UBI系统关联起来。`mtd`参数指向MTD设备的信息结构，`ubi_num`指定UBI设备的编号，而`vid_hdr_offset`则是用于标识卷头的偏移量。 - **检查重复附件** 函数首先检查该MTD设备是否已经被其他UBI设备引用。这一步骤通过遍历`ubi_devices`数组实现，确保不会出现同一设备被多次附加的情况。代码如下： ```c for (i = 0; i < UBI_MAX_DEVICES; i++) { ubi = ubi_devices[i]; if (ubi && mtd->index == ubi->mtd->index) { dbg_err("mtd %d is already attached to ubi %d", mtd->index, i); return -EEXIST; } } ``` - **拒绝已模拟的设备** 如果尝试附加的设备本身就是MTD卷，那么UBI系统将拒绝这一操作，因为这会导致逻辑上的错误。因此，如果`mtd->type == MTD_UBIVOLUME`，则会返回一个错误值。 - **自动分配UBI编号** 如果用户在命令行中未指定`ubi_num`，则会自动为其分配一个编号。此编号是从`UBI_MAX_DEVICES`数组中查找未使用的索引实现的。 ```c if (ubi_num == UBI_DEV_NUM_AUTO) { for (ubi_num = 0; ubi_num < UBI_MAX_DEVICES; ubi_num++) if (!ubi_devices[ubi_num]) break; } ``` 如果所有的UBI编号都被占用，则会返回错误码-ENFILE。 - **验证UBI编号** 如果用户指定了`ubi_num`，则需要验证其有效性。如果`ubi_num`超出范围或者已经被其他设备占用，也会返回错误。 - **分配UBI设备结构** 函数为新UBI设备分配内存，并初始化其成员变量。 #### 二、通过VFS的读写流程 VFS (Virtual File System) 层提供了通用接口，使得文件系统的读写操作得以标准化。对于UBIFS而言，VFS层主要负责将上层请求转换为适合UBIFS内部处理的形式。具体涉及的流程包括： - **打开文件** - **读取文件** - **写入文件** - **关闭文件** 这些操作通常涉及到缓存管理、文件元数据操作等步骤，它们是UBIFS高效运作的基础。 #### 三、UBIFS的六个区域 UBIFS文件系统由多个区域组成，主要包括： 1. **描述符区 (Descriptor Area)**：包含文件系统的全局描述符信息。 2. **主区 (Main Area)**：存放实际文件数据及元数据。 3. **备份区 (Backup Area)**：用于保存主区的备份，以提高容错性。 4. **日志区 (Log Area)**：记录文件系统操作的日志信息。 5. **坏块区 (Bad Block Area)**：标记已知的坏块位置。 6. **临时区 (Temporary Area)**：作为文件系统操作过程中的临时存储空间。 每个区域都承担着特定的角色，共同协作以保证文件系统的稳定运行。 #### 四、重要数据结构 UBIFS使用了一些重要的数据结构来管理文件系统。其中包括： - **ECO (Erase Count Object)**：用于追踪擦除次数。 - **LEB (Logical Erase Block)** 和 **PEB (Physical Erase Block)**：分别表示逻辑和物理擦除块。 - **INode (Information Node)**：存放文件的元数据。 - **DirectIO (Direct Input/Output)**：直接读写物理擦除块的数据结构。 这些数据结构的设计对于UBIFS的性能和可靠性至关重要。 #### 五、Wear-Leveling Wear-leveling是一种机制，旨在均衡各个物理擦除块的擦除次数，以避免某些块过度磨损而导致整体寿命降低。UBIFS通过以下方式实现wear-leveling： - **动态调整LEB的映射**：当一个LEB被频繁使用时，UBIFS会将其映射到较少使用的PEB上。 - **老化策略**：通过跟踪擦除计数等信息，选择最“老旧”的块进行重新分配。 - **垃圾收集**：定期清理不再使用的数据块，并重新分配给高需求的区域。 UBIFS作为一种针对闪存优化的文件系统，在设计上充分考虑了存储特性和效率问题。通过精细的管理和优化措施，UBIFS能够在保证数据完整性的同时提供高效的文件系统服务。