JFFS2文件系统分析报告

JFFS2文件系统分析报告

本文在深入研究jffs2源代码基础上，对JFFS2文件系统的实现机制进行了分析，包括关键的数据结构及其之间的联系，文件系统的注册和挂载，以及其他主要的操作流程。

1 JFFS2层次结构

在Linux系统中，JFFS2文件系统处于虚拟文件系统层VFS与存储技术设备层MTD之间,如图1所示。VFS为内核中的各种文件系统提供一个统一的抽象层，并为上层用户提供具有统一格式的接口函数；MTD子系统整合底层芯片驱动，为上层文件系统提供了统一访问MTD设备(主要是NOR闪存和NAND闪存等设备)的接口。JFFS2在内存中建立超级块信息jffs2_sb_info管理文件系统操作，建立索引节点信息jffs2_inode_info管理打开的文件。VFS层的超级块super_block和索引节点inode分别包含JFFS2文件系统的超级块信息jffs2_sb_info和索引节点信息jffs2_inode_info，它们是JFFS2和VFS间通信的主要接口。JFFS2文件系统的超级块信息jffs2_sb_info包含底层MTD设备信息mtd_info指针，文件系统通过该指针访问MTD设备，实现JFFS2和底层MTD设备驱动之间的通信。

图1 JFFS2文件系统层次

2 JFFS2数据实体

JFFS2在Flash上只存储两种类型的数据实体，分别为jffs2_raw_inode和jffs2_raw_ dirent。

■jffs2_raw_dirent：包括文件名、ino号、父节点ino号、版本号、校验码等信息，它用来形成整个文件系统的层次目录结构。

■jffs2_raw_inode：包括文件ino号、版本号、访问权限、修改时间、本节点所包含的数

据文件中的起始位置及本节点所包含的数据大小等信息，它用来管理文件的所有数据。

一个目录文件由多个jffs2_raw_dirent组成。而普通文件，符号链接文件，设备文件，FIFO文件等都由一个或多个jffs2_raw_inode数据实体组成。图2表示了一个Flash中数据实体的逻辑分布，物理上所有的数据实体是离散分布的，其位置由写入时Flash空闲空间位置决定的。

4字节对齐rd：jffs2_raw_dirent ri:jffs2_raw_inode

图2 Flash空间上的数据实体

JFFS2文件系统在挂载时扫描整个Flash，每个jffs2_raw_inode数据实体都会记录其所属的文件的inode号及其他元数据，以及数据实体中存储的数据的长度及在文件内部的偏移。而jffs2_raw_dirent数据实体中存有目录项对应的文件的inode号及目录项所在的目录的inode号等信息。JFFS2在扫描时根据jffs2_raw_dirent数据实体中的信息在内存中建立文件系统的目录树信息，类似的，根据jffs2_raw_inode数据实体中的信息建立起文件数据的寻址信息。为了提高文件数据的寻址效率，JFFS2将属于同一个文件的jffs2_raw_inode数据实体组织为一颗红黑树，在挂载扫描过程中检测到的每一个有效的jffs2_raw_inode都会被添加到所属文件的红黑树。在文件数据被更新的情况下，被更新的旧数据所在的jffs2_raw_inode 数据实体会被标记为无效，同时从文件的红黑树中删除。然后将新的数据组织为jffs2_raw_inode数据实体写入Flash并将新的数据实体加入红黑树。

3 JFFS2逻辑结构

与磁盘文件系统不同，JFFS2文件系统不在Flash设备上存储文件系统结构信息，所有的信息都分散在各个数据实体节点之中，在系统初始化的时候，扫描整个Flash设备，从中建立起文件系统在内存中的映像，系统在运行期间，就利用这些内存中的信息进行各种文件操作。JFFS2为每一个Flash设备维护一个超级块结构jffs2_sb_info，这个结构含有整个Flash 设备的信息。通过这个数据结构，系统维护了几个重要的链表，这几个链表构成了整个文件系统的骨架。

3.1 擦除块信息链表

在jffs2_sb_info中维护着多个擦除块链表，如表1所示，链表中每一个节点包含一个擦除块。

表1 擦除块信息链表

擦除块由jffs2_eraseblock数据结构表示，该结构包含该擦除块在Flash设备的偏移位置、该块的空间使用情况，以及所有存在于该擦除块的数据实体的链表等信息。通过这些擦除块链表，我们可以找到存在于Flash设备上的任何一个擦除块，及其上面的数据实体，如图3所示。

图3 擦除链表的示意图

3.2 incache_list链表

在jffs2_sb_info中，系统维护着一个inocache_list链表，链表中每个元素jffs2_inode_cache 代表一个文件，包括普通文件和目录文件，由唯一的ino号所标识。所有属于同一个文件的

节点信息jffs2_raw_node_ref由指针形成链表，由jffs2_inode_cache的notes域指向，这样对文件任何一个节点操作都可以通过这个链表定位，如图4所示。

jffs2_sb_info

图4 inocache_list链表

3.3 jffs2_inode_info链表

jffs2_inode_info是在打开文件时创建的，jffs2中通过jffs2_inode_info的fragtree、metedata或者dents来组织打开文件的所有数据实体的内核描述符。普通文件包含若干jffs2_raw_inode数据实体，它们的内核描述符jffs2_raw_node_ref组成的链表由jffs2_inode_cache的nodes指向(前面我们已经叙述)。如果是目录文件，则在打开文件时为数据实体的内核描述符jffs2_raw_node_ref创建相应的jffs2_full_dirent，并组织为链表由dents 指向。

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