我們繼續(xù)上篇沒(méi)有講完的嵌入式Linux啟動(dòng)時(shí)間優(yōu)化方法，本文主要會(huì)講文件系統(tǒng)。想看上一篇的請(qǐng)查看本文結(jié)尾的鏈接。

　　1. 文件系統(tǒng)

　　不同的存儲(chǔ)介質(zhì)會(huì)采用不同的文件系統(tǒng)：

　　1）塊存儲(chǔ)介質(zhì) （包括存儲(chǔ)卡， eMMC）：

　　ext2， ext3，ext4

　　xfs， jfs，reiserfs

　　btrfs

　　f2fs

　　SquashFS

　　2）Raw 閃存：

　　JFFS2

　　YAFFS2

　　UBIFS

　　ubiblock +SquashFS

　　對(duì)于塊文件系統(tǒng)，特性各異：

　　ext4：最適合較大的分區(qū)，良好的讀寫(xiě)性能。

　　xfs，jfs，reiserfs：在某些讀或?qū)憟?chǎng)景中也可能很好。

　　btrfs，f2fs：利用閃存塊設(shè)備的特性，可以實(shí)現(xiàn)最佳的讀寫(xiě)性能。

　　SquashFS：對(duì)于只讀分區(qū)，最佳掛載時(shí)間和讀取性能。非常適合需要只讀的根文件系統(tǒng)。

　　下面分別介紹各文件系統(tǒng)的詳細(xì)特性。

　　1.1. JFFS2

　　用于RAW Flash：

　　掛載時(shí)間取決于文件系統(tǒng)的大小：內(nèi)核必須在掛載時(shí)掃描整個(gè)文件系統(tǒng)，以讀取屬于每個(gè)文件的塊。

　　需要使用CONFIG_JFFS2_SUMMARY內(nèi)核選項(xiàng)將此類(lèi)信息存儲(chǔ)在Flash中。這大大減少了安裝時(shí)間。

　　ARM基準(zhǔn)：對(duì)于128 MB分區(qū)，從16 s到0.8 s。

　　與YAFFS2和UBIFS相比，讀寫(xiě)性能相當(dāng)差。

　　1.3 YAFFS2

　　用于RAW Flash：

　　良好的安裝時(shí)間

　　良好的讀寫(xiě)性能

　　缺點(diǎn)：不壓縮，不在主線Linux內(nèi)核中

　　1.4. UBIFS

　　用于RAW Flash：

　　優(yōu)勢(shì)：

　　良好的讀寫(xiě)性能（類(lèi)似于YAFFS2）

　　其他優(yōu)點(diǎn)：更好的磨損均衡（不僅可以在單個(gè)分區(qū)內(nèi)，而且可以在整個(gè)UBI空間中使用）。

　　缺點(diǎn)：

　　不適用于小型分區(qū)（元數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)過(guò)多）。請(qǐng)改用JFFS2或JAFFS2。

　　掛載時(shí)間不是很好，因?yàn)槌跏蓟疷BI需要時(shí)間（UBI Attach：在引導(dǎo)時(shí)或在用戶空間中運(yùn)行ubi_attach）。

　　由Linux 3.7中引入的UBI Fastmap解決。

　　1.5. UBI Fastmap如何工作

　　UBI 加載：需要通過(guò)掃描所有擦除塊來(lái)讀取UBI元數(shù)據(jù)。時(shí)間與存儲(chǔ)空間成正比。

　　UBI Fastmap將此類(lèi)信息存儲(chǔ)在幾個(gè)閃存塊中（通常在系統(tǒng)關(guān)閉期間在UBI分離時(shí)），并在引導(dǎo)時(shí)找到該信息。

　　這樣可使UBI附加時(shí)間恒定。

　　如果Fastmap信息無(wú)效（例如，不正常的系統(tǒng)關(guān)閉），它將退回到掃描狀態(tài)（速度較慢，但能保證正確，F(xiàn)astmap在下次啟動(dòng)時(shí)將恢復(fù)）。

　　詳細(xì)信息：Thomas Gleixner的ELCE 2012演講：

　　http://elinux.org/images/a/ab/UBI_Fastmap.pdf

　　使用步驟：

　　使用CONFIG_UBI_FASTMAP配置編譯內(nèi)核

　　使用ubi.fm_autoconvert = 1內(nèi)核參數(shù)至少引導(dǎo)一次系統(tǒng)。

　　以干凈的方式重啟系統(tǒng)

　　保證如上啟動(dòng)一次后可以刪除ubi.fm_autoconvert = 1

　　UBI Fastmap性能測(cè)試舉例：

　　在Linux 3.10的Microchip SAMA5D3 Xplained板（ARM）上測(cè)得

　　UBI空間：216 MB

　　根文件系統(tǒng)：已使用80 MB（Yocto）

　　平均加載時(shí)間：

　　無(wú)UBI Fastmap，加載時(shí)間：968ms

　　有UBI Fastmap，加載時(shí)間：238 ms

　　可見(jiàn)UBI Fastmap 改善非常顯著！

　　1.6. ubiblock + SquashFS

　　對(duì)RAW Flash ：

　　ubiblock：位于UBI頂部的只讀塊設(shè)備

　　利用CONFIG_MTD_UBI_BLOCK配置編譯。

　　允許將SquashFS放在UBI卷上。

　　引導(dǎo)時(shí)間和讀取性能不錯(cuò)。非常適合于只讀根文件系統(tǒng)。

　　2. 選取合適的文件系統(tǒng)

　　RAW Flash ：帶有CONFIG_UBI_FASTMAP的UBIFS可能是最佳解決方案。

　　塊存儲(chǔ)：SquashFS是根文件系統(tǒng)的最佳解決方案，它可以是只讀的。Btrfs和f2fs可能是讀/寫(xiě)文件系統(tǒng)的最佳解決方案。

　　更改文件系統(tǒng)類(lèi)型非常容易，并且對(duì)應(yīng)用程序完全透明。只需嘗試幾個(gè)文件系統(tǒng)選項(xiàng)，看看哪個(gè)最適合！

　　不要只關(guān)注啟動(dòng)時(shí)間。

　　對(duì)于讀寫(xiě)性能至關(guān)重要的系統(tǒng)，我們建議使用單獨(dú)的根文件系統(tǒng)（以加快啟動(dòng)時(shí)間）和數(shù)據(jù)分區(qū)（以實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)行時(shí)性能）。

　　2.1 Initramfs

　　一個(gè)很好的方案是使用非常小的initramfs，以啟動(dòng)關(guān)鍵應(yīng)用程序，然后切換到最終的根文件系統(tǒng)。

?

　　initramfs機(jī)制：將根文件系統(tǒng)集成到內(nèi)核映像中，因此它與內(nèi)核一起被加載到內(nèi)存中：

　　它將文件系統(tǒng)的壓縮存檔集成到內(nèi)核映像中

　　變種：壓縮的initramfs固件也可以由bootloader單獨(dú)加載。

　　initramfs在下面兩種情況下非常有用：

　　快速啟動(dòng)且非常小的根文件系統(tǒng)。由于文件系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)已完全加載，因此應(yīng)用程序啟動(dòng)也非常快。

　　作為切換到實(shí)際根文件系統(tǒng)之前的中間步驟，該文件位于需要其驅(qū)動(dòng)程序不屬于內(nèi)核映像的設(shè)備（存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)程序，文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序）上。始終在桌面/服務(wù)器發(fā)行版的內(nèi)核上使用此選項(xiàng)，以保持內(nèi)核映像大小合理。

　? 2.2 內(nèi)存中的initramfs

?

　　使用CONFIG_INITRAMFS_SOURCE選項(xiàng)在內(nèi)核配置級(jí)別定義initramfs的內(nèi)容

　　可以是包含根文件系統(tǒng)內(nèi)容的目錄的路徑

　　可以是cpio歸檔文件的路徑

　　可以是描述initramfs內(nèi)容的文本文件

　　內(nèi)核構(gòu)建過(guò)程將自動(dòng)獲取CONFIG_INITRAMFS_SOURCE選項(xiàng)配置的內(nèi)容，并將根文件系統(tǒng)集成到內(nèi)核映像中

　　詳細(xì)信息（在內(nèi)核源文件中）：

　　Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt

　　Documentation/early-userspace/README

　　2.3 用initramfs啟動(dòng)過(guò)程

?

　　2.4 initramfs 降低啟動(dòng)時(shí)間

　　創(chuàng)建盡可能小的最小初始化文件，足以啟動(dòng)關(guān)鍵應(yīng)用程序，然后使用switch_root切換到最終根文件系統(tǒng)：

　　使用輕量級(jí)的C庫(kù)以減小固件大小，建議使用uClibc。

　　將BusyBox裁剪到最小。甚至可以不用BusyBox直接在C中實(shí)現(xiàn)/init。

　　使用靜態(tài)鏈接的應(yīng)用程序（較少的CPU開(kāi)銷(xiāo)，較少的庫(kù)加載，較小的initramfs（如果根本沒(méi)有庫(kù)））。Buildroot中用BR2_STATIC_LIBS配置。

　　2.5 靜態(tài)鏈接可執(zhí)行文件

　　靜態(tài)鏈接的可執(zhí)行文件對(duì)于減小大小（特別是在小型initramfs中）非常有用，并且啟動(dòng)工作量較少。

　　如果您將initramfs放在壓縮的內(nèi)核映像中，請(qǐng)不要對(duì)其進(jìn)行壓縮（啟用CONFIG_INITRAMFS_COMPRESSION_NONE）。

　　否則默認(rèn)情況下，您的initramfs數(shù)據(jù)將被壓縮兩次，內(nèi)核將更大，并且將花費(fèi)更多的時(shí)間來(lái)加載和解壓縮。

　　在Linux 5.1上的示例在Beagle Bone Black上具有1.60 MB的initramfs（tar存檔大小）：這可以將內(nèi)核大小從4.94 MB減少到4.74 MB（-200 KB），并節(jié)省大約170毫秒的啟動(dòng)時(shí)間。

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