嵌入式知识点总结 Linux驱动 (三)-文件系统

针对于嵌入式软件杂乱的知识点总结起来，提供给读者学习复习对下述内容的强化。

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1.什么是文件系统？

2.根文件系统为什么这么重要？​编辑

3.可执行映像文件通常由几部分构成，他们有什么特点？

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1.什么是文件系统？

根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是内核启动时所挂载(mount)的第一个文件系统，内核代码的映像文件保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本(如rcS,inittab)和服务加载到内存中去运行，里面包含了 Linux系统能够运行所必需的应用程序、库等，比如可以给用户提供操作 Linux的控制界面的shel程序、动态连接的程序运行时需要的glibc库等
我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。

在 嵌入式 Linux 中，文件系统（File System）是操作系统用于管理存储设备（如 NAND、eMMC、SD 卡、硬盘等）上数据存储、文件创建和操作的机制。它提供了一个组织、存取和管理数据的结构，允许用户、应用程序和操作系统对存储介质上的数据进行方便的读写操作。

文件系统是用于组织、存储和管理数据的基础组件。它负责将数据存储在设备上，并提供文件的读写接口。由于嵌入式设备通常资源有限，文件系统需要根据具体的硬件和应用需求来选择和设计。常见的文件系统有 EXT2/EXT3/EXT4、FAT、JFFS2、UBIFS、SquashFS 等，每种文件系统都有其适用场景和特点。

2.根文件系统为什么这么重要？

根文件系统提供基础环境：

在 Linux 系统中，根文件系统（rootfs） 是文件系统的起点，它是 Linux 系统引导过程中的第一个文件系统。在启动时，根文件系统包含了系统启动所必需的关键文件，如 init 进程、命令行工具、配置文件、库文件等。如果没有根文件系统，系统就无法正确启动。

根目录“/”：

根文件系统的根目录是 /，所有的其他文件和目录都是从这个根目录开始的。所有挂载的文件系统和外部设备（如硬盘、SD卡等）都会在根文件系统的某个子目录下进行挂载。根文件系统是整个文件系统树的起点。

启动时的核心文件：

根文件系统包含了启动时必须的核心文件和应用程序。例如，/etc/fstab 文件中存储了系统挂载分区的信息，init 进程的启动文件通常位于 /etc/init.d 或 /sbin/init 中。没有这些文件，系统无法进入正常的工作状态。

启动时挂载其他文件系统：

根文件系统本身可能比较小，且通常是只读的。因此，嵌入式系统或服务器在启动后，根文件系统会挂载其他的文件系统（如 ext4, squashfs 等）来扩展存储空间和功能。这些挂载信息通常保存在根文件系统中的 /etc/fstab 文件里。

必需的执行文件和库：

根文件系统中包含了 Linux 系统必须的执行文件和库文件，例如：

/bin：存放系统必须的用户命令，如 ls、cp、mv 等。

/sbin：存放系统管理命令，如 ifconfig、shutdown 等。

/lib：存放共享库文件，操作系统运行时需要的库文件。

/etc：存放系统配置文件，如 /etc/fstab、/etc/passwd 等。

init 进程和系统启动：

Linux 系统的启动是由 init 进程 启动的，它是根文件系统中最早被加载的进程，通常位于 /sbin/init。init 进程负责启动系统的其他进程，并根据 /etc/inittab 或 /etc/systemd/ 目录下的配置文件来管理系统运行级别和服务。没有根文件系统，init 进程无法运行，系统无法进入多用户模式。

Shell 和用户空间的操作：

在 Linux 系统中，Shell（如 bash）是用户和内核之间交互的主要界面。Shell 命令、脚本和应用程序通常都存放在根文件系统的 /bin 或 /sbin 目录中。没有根文件系统，Shell 也无法执行，因此用户无法与系统交互。

设备挂载和外部设备：

根文件系统不仅是系统启动的基础，还提供了挂载其他文件系统（如外部存储、网络文件系统等）的必要机制。通过根文件系统，其他文件系统可以按需挂载在指定位置（如 /mnt 或 /media 目录）。这些挂载操作的配置通常存储在 /etc/fstab 文件中。

/etc 目录：

这个目录包含了系统的配置文件。比如：

/etc/fstab：定义了挂载分区的信息。

/etc/passwd：存储用户账户信息。

/etc/hostname：定义主机名。

/etc/network/interfaces：网络配置文件。

/bin 和 /sbin 目录：

/bin 目录包含了系统引导和修复过程中必需的基本命令（如 ls、cp、mv 等），而 /sbin 目录包含了系统管理命令（如 shutdown、reboot 等）。这两个目录下的文件是在根文件系统的帮助下被加载和执行的。

/lib 目录：

/lib 目录包含了操作系统启动时需要的共享库文件，支持根文件系统和内核所需的基础操作。

/dev 目录：

/dev 目录包含设备文件，用于表示系统中的硬件设备（如硬盘、串口、USB 设备等）。这些设备在根文件系统中是可以访问的。

/tmp 目录：

/tmp 用于存放临时文件，系统运行时的一些短期数据存储通常保存在这个目录中。

3.可执行映像文件通常由几部分构成，他们有什么特点？

可执行映像文件通常由以下几部分构成。
一个或多个代码段，代码段的属性为只读。
零个或多个包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。
零个或多个不包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。

• 代码段：只读，存储执行代码。
• 数据段：可读写，存储初始化和未初始化的全局变量及静态变量。
• 堆和栈：动态分配和存储局部变量、函数调用信息等。
• 只读常量数据段：只读，存储常量和字符串数据。
• 符号表和调试信息：用于调试和链接。
• 程序头表：描述如何加载文件到内存。