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μClinux文件系统的实现与改进策略研究

2020-11-28阅读(918)

μClinux文件系统的实现与改进策略研究

论文摘要

μClinux是当前最流行嵌入式操作系统之一。专门针对没有MMU的处理器而设计，其性能稳定、移植性好、功能强大。文件系统是μClinux操作系统中重要的组成部分，在大容量Flash成为嵌入式产品主要存储介质的情况下，更对μClinux文件系统提出了针对大容量数据频繁交换的新要求。μClinux文件系统在Flash存储设备上的实现通常由VFS(Virtual Filesystem Switch)，具体文件系统，MTD(Memory Technology Device)和硬件驱动四部分组成。其中，VFS，MTD和硬件驱动的结构通常固定，而具体文件系统的选择却非常多。μClinux文件系统性能的差别主要体现在其所采用的具体文件系统上，实现μClinux文件系统的关键就是具体文件系统的实现。目前，μClinux上最常用的具体文件系统是JFFS2(Journalling Flash File System 2)，JFFS2采用了新的存储方式和独特的垃圾收集机制，可支持耗损平衡，具有和断电保护功能。但JFFS2设计之初默认嵌入式产品中Flash的容量并不大，在当前普遍使用大容量Flash存储设备的嵌入式系统中，存在着容错校验效果不理想和启动加载时间较长的缺陷。本文的研究重点是上述缺陷的改进办法。针对JFFS2容错校验效果不佳的问题，本文分析了JFFS2中存储和校验方式的缺陷，提出重校验海明码的编码和校验机制。与常用的编码校验机制相比，该机制编解码速度快，数据纠错能力强。本文还根据数据精度要求的不同，提出分级存储的思想，对精度要求高的数据采用编码存储，其他数据普通存储，以节省存储空间，提高存取速度。最后，本文对JFFS2文件系统做了相应的修改，更改了JFFS2节点的存储结构和存取函数，达到增强JFFS2容错校验的效果。针对文件加载时间较长的问题，本文通过重新定义新的结点类型，用来描述Flash擦除块的相关信息。这样，文件系统就可直接读取此类结点，建立相应的块内存映像。同时，考虑到常见的嵌入式设备在实际使用中对文件的读写操作相对较少，还可将建立索引结点分布图的操作尽量放到读写文件之前执行，以减少读取磁盘数据的次数，缩短文件加载时间。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 JFFS2文件系统简介
  • 1.3 国内外研究状况
  • 1.4 论文的组织结构
  • 第2章 μClinux文件系统
  • 2.1 μClinux操作系统简介
  • 2.2 μClinux文件系统的结构和工作原理
  • 2.2.1 虚拟文件系统VFS
  • 2.2.2 闪存硬件驱动模块MTD
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 JFFS2的优势
  • 3.1 Flash的物理特性
  • 3.2 基于Flash嵌入式产品对文件系统的要求
  • 3.3 JFFS2文件系统的技术特点
  • 3.4 其他文件系统存在的问题
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 JFSS2文件系统的分析
  • 4.1 数据实体
  • rawinode'>4.1.1 jffs2rawinode
  • rawdirent'>4.1.2 jffs2rawdirent
  • 4.2 垃圾收集策略的分析
  • 4.2.1 垃圾收集的原理
  • 4.2.2 垃圾收集的过程
  • 4.3 挂载过程分析
  • 4.3.1 挂载过程的实现技术
  • 4.3.2 分析
  • 4.4 编码和校验机制
  • 4.4.1 CRC校验码的特点
  • 4.4.2 CRC校验的工作原理
  • 4.4.3 JFFS2中CRC校验的应用
  • 4.5 JFSS2文件系统的局限性
  • 4.5.1 挂载时间过长
  • 4.5.2 容错校验效果不理想
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 JFFS2容错校验机制的改进
  • 5.1 校验码的选择和设计
  • 5.1.1 常见编码分析
  • 5.1.2 海明码的编码和解码
  • 5.1.3 长码距海明码的引入
  • 5.1.5 重校验策略的提出
  • 5.1.6 重校验海明码
  • 5.2 JFFS2文件系统的修改
  • 5.2.1 数据存储管理策略
  • 5.2.2 文件名解析器的设计
  • 5.2.3 编码和解码函数
  • 5.2.4 节点数据结构的修改
  • 5.2.5 文件创建的修改
  • 5.2.6 对文件读写操作的修改
  • 5.3 本章小结
  • 第6章 JFFS2挂载过程的改进
  • 6.1 设计新的节点类型
  • 6.2 增加扫描操作
  • buildfilesystem（）函数'>6.2.1 修改jffs2buildfilesystem（）函数
  • scanblocknode（）函数'>6.2.2 添加jffs2scanblocknode（）函数
  • scaninodenode（）、jffs2scandirentnode（）'>6.2.3 修改jffs2scaninodenode（）、jffs2scandirentnode（）
  • 6.3 更新操作
  • 6.4 本章小结
  • 第7章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间公开发表的学术论文

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