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数据狂徒 2024-09-06 20:08:47

1.1 什么是romfs
    romfs是一个只读文件系统，主要用在 mainly for initial RAM disks of installation disks.使用romfs文件系统可以构造出一个最小的内核，并且很节省内存。相比而言，早期的minix和xiafs（现在已经过时）文件系统如果编译为模块的形式则大小超过20000字节（在x86机器上大小为38502字节），而romfs却小于一页（在linux系统中，一页大小为 PAGE_OFFSET，一般为4K），大约4000字节（在x86机器上大小为10479字节）。在相同的条件下，msdos文件系统模块大约 30K（并且不支持设备节点和符号链接，在x86机器上大小为12K）。ntfs和nfsroot文件系统模块大约57K（在x86机器上大小为 102K）。
注：上面叙述中的数值都是针对i586机器，括号中叙述的数值是在现在的x86机器上的大小，针对2.6.28内核。
1.2 romfs的用途
    romfs本设计的主要目标是构造一个最小内核，在内核中只链接romfs文件系统，这样就可以使用romfs在稍后加载其他模块。romfs也可以用来运行一些程序，从而决定你是否需要SCSI设备，或者IDE设备，或者如果你使用的是"initrd"结构的内核，romfs也可以用来在之后加载软驱驱动。romfs的另一个用途是在你使用romfs文件系统的时候，你可以关闭ext2或者minix甚至affs文件系统直到你确信需要的时候再开启。
1.3 romfs的性能
    romfs的操作是基于块设备的，它的底层结构非常简单。为了快速访问，每个单元被设计为起始于16字节边界。一个最小的文件为32字节（文件内容为空，并且文件名长度小于16字节）。对于一个非空文件的最大的开销是位于文件内容前面的文件头和其后的16字节的文件名（因为大多数的文件名长度大于3字节并且小于15字节，所以预置文件名长度为16字节）。
1.4 如何使用romfs映像
    要使用一个制作好的romfs格式的映像，是将其挂载在其他文件系统的某个节点上。并且还有一个很重要的前提，就是内核要支持romfs文件系统。这一点可以通过配置内核实现，有两个方法：
1.将 romfs配置成直接编译进内核，方法为使用make menuconfig命令进入内核配置界面，选择"File systems"并进入，选择“Miscellaneous filesystems”并进入，选择“ROM file system support(ROMFS)”，将其配置成"*"（直接编译进内核）。这样生成的内核就直接包含对romfs文件系统的支持。
2.将 romfs配置成模块的形式，步骤和前面一样，只是在最后选择"ROM file system support(ROMFS)"的时候将其配置成"M"（编译为内核模块）。这样编译好的内核并不包含对romfs文件系统的支持，只是生成了 romfs.ko模块（fs/romfs/romfs.ko），需要在启动系统后将其加载进内核才能使内核支持romfs文件系统。
有了内核对romfs文件系统的支持，就可以直接挂载romfs格式的映像了，挂载方法为：

niutao@niutao:~/kernel/romfs$ ls hello.img niutao@niutao:~/kernel/romfs$ file hello.img hello.img: romfs filesystem, version 1 208 bytes, named rom 49e05ac0. niutao@niutao:~/kernel/romfs$ sudo mount -o loop hello.img /mnt niutao@niutao:~/kernel/romfs$ cd /mnt/ niutao@niutao:/mnt$ ls hello.c niutao@niutao:/mnt$

可以看到使用mount命令将hello.img挂载到了/mnt目录下，其内只有一个文件。
卸载一个已经被挂载的romfs格式映像使用umount命令。
1.5如何制作romfs 文件系统
一般我们可以使用一些工具来制作ROMFS的文件系统。制作好之后其实也就是一个二进制的文件。制作工具一般使用”genromfs“，这个工具在网上就可下载到，其源代码并不是很多，只有不到900行。
以下是genromfs工具所支持的参数：

xux@zhwen:~/fs-sys$ genromfs -h

genromfs 0.5.2 Usage: genromfs [OPTIONS] -fIMAGE

Create a romfs filesystem image from a directory

-f IMAGE Output the image into this file

-d DIRECTORY Use this directory as source

-v (Too) verbose operation

-V VOLUME Use the specified volume name

-a ALIGN Align regular file data to ALIGN bytes

-A ALIGN,PATTERN Align all objects matching pattern to at least ALIGN bytes

-x PATTERN Exclude all objects matching pattern

-h Show this help Report bugs to chexum@shadow.banki.h

xux@zhwen:~/fs-sys$

-f IMAGE     指定输出romfs映像的名字
-d DIRECTORY 指定源目录（将该目录制作成romfs文件系统）
-v           显示详细的创建过程
-V VOLUME    指定卷标
-a ALIGN     指定普通文件的对齐边界（默认为16字节）
-A ALIGN,PATTERN 匹配参数PATTERN的对象对齐在ALIGN边界上
-x PATTERN 不包括匹配PATTERN的对象。
-h 显示帮助文档。
以下是如何制作生成一个romfs的文件系统：

xxux@zhwen:~/fs-sys$ ls test xux@zhwen:~/fs-sys$ ls test/ test xux zhwen xux@zhwen:~/fs-sys$ genromfs -V "xromfs" -f romfs.img -d test xux@zhwen:~/fs-sys$ ls romfs.img test xux@zhwen:~/fs-sys$ file romfs.img romfs.img: romfs filesystem, version 1 592 bytes, named xromfs. xux@zhwen:~/fs-sys$ sudo mount romfs.img /mnt -o loop xux@zhwen:~/fs-sys$ ls /mnt/ test xux zhwen xux@zhwen:~/fs-sys$ 。

2.romfs映像结构

使用genromfs生成的romfs格式映像中，文件或者目录是顺序存放，每个文件头对齐在16字节边界上，基本结构如图：

romfs映像开始16字节对应struct romfs_super_block结构体，接下来为romfs映像的卷标。上图所示情况为卷标小于16字节，如果卷标大于16字节，则顺序存放在 romfs_super_block之后，并且对齐在16字节边界上。紧随卷标之后的就是第一个文件的文件头romfs_inode结构，共16字节，之后就是文件名，也是16字节对齐，然后才是文件内容。其中在每个文件的文件头中的前4字节（不包括低4位）为下一个文件头在romfs映像中的偏移。 romfs正是这样将整个文件组织在一起的。下面分别看romfs_super_block和romfs_inode结构。

2.1 romfs超级块结构

在linux内核中，romfs超级块结构定义在include/linux/romfs_fs.h中，源代码为:

/* On-disk "super block" / struct romfs_super_block { __be32 word0; __be32 word1; __be32 size; __be32 checksum; char name[0]; / volume name */ };

(1)word0和word1

word0和word1的值是固定的，分别为"-rom"和"1fs-"，是用来识别romfs文件系统的。这两个值被定义在内核中：

#define ROMSB_WORD0 __mk4('-','r','o','m') #define ROMSB_WORD1 __mk4('1','f','s','-')

(2)size域

size域表示romfs映像可访问的大小。也就是最后一个文件的结束位置（以16字节对齐），比如：

niutao@niutao:~/romfs$ ls -l romtest total 4 -rw-r--r-- 1 niutao niutao 44 2009-04-08 20:15 len.c niutao@niutao:~/romfs$ genromfs -f rom.img -d romtest/ -v -V niutao 0 niutao [0xffffffff, 0xffffffff] 37777777777, sz 0, at 0x0 1 . [0x80e , 0x18aada ] 0040755, sz 0, at 0x20 1 .. [0x80e , 0x18aac6 ] 0040755, sz 0, at 0x40 [link to 0x20 ] 1 len.c [0x80e , 0x18aadb ] 0100644, sz 44, at 0x60 niutao@niutao:~/romfs$

对于上面生成的rom.img映像，在rom.img内最后一个文件为len.c，其文件头偏移为0x60，文件名为len.c（小于16字节），文件大小为44字节，由此我们可以计算出该rom.img可访问的大小为：
size = (0x60 + 16 + 16 + 44 ) / 0x10 * 0x10 + 0x10 = 0xb0
第一个16表示文件头（struct romfs_inode结构）的大小，第二个16表示文件名占用的长度。下面我们使用file命令验证计算是否正确：