嵌入式 Linux 系统中的常用文件系统及应用场景
0，前言
在嵌入式 Linux 系统中，常用的文件系统包括 FAT32、exFAT、ext3、ext4、jffs2、yaffs2、ubifs 和 squashfs。不论是选择文件系统类型还是在嵌入式应用软件面试中，文件系统相关的问题经常被提及。目前，没有哪种文件系统能够适用于所有应用场景，它们各有优缺点，并且适用于不同的领域。
1，存储设备简介
当前主流的存储设备主要有三类：机械硬盘、FTL 闪存设备和裸 flash。
机械硬盘
- 常见于 PC 机和大容量 MDVR 上
- 文件系统通常与操作系统匹配
- Windows 使用 NTFS
- Linux 使用 ext4
FTL 闪存设备
- 指带有 flash 转换层的存储设备，如 U 盘、SD 卡、TF 卡、eMMC 和 SSD
- 常用文件系统有 FAT32 和 exFAT
裸 flash
- 直接焊接在板子上使用，没有 flash 转换层
- 一般容量较小，常用于存储固件程序或少量用户配置信息
- 分为 nor 和 nand 两种
- nor flash 上常用 jffs2
- nand flash 常用 yaffs2
- 对于大容量的 nand flash，ubifs 更适合存储媒体数据
2，文件系统简介
FAT32
- 优点
- 兼容性高，可在不同系统上使用
- 软件实现简单，适用于嵌入式设备和 PC 机
- 传统安防及行车记录仪大多使用 FAT32 格式
- 缺点
- 不带日志功能，热拔插易导致数据丢失
- 丢失元数据会导致文件系统异常，如文件名乱码
- 有容量大小限制，在大容量存储设备中响应缓慢
exFAT
- 优点
- 基于 FAT32 发展而来，解决 FAT32 的大容量限制及工作效率问题
- 在 Windows 系统中，FTL 闪存设备容量大于 32GB 时默认格式化为 exFAT
- 缺点
- 微软拥有 exFAT 的专利，使用 exFAT 需考虑版权风险
ext4
- 优点
- 适用于 Linux 操作系统，带有日志功能，数据分块存储，安全性和效率较好
- 适合在 Linux 系统中存储大容量音视频数据
- 缺点
- 不能跨平台使用
- 在嵌入式设备中使用 ext4 作为 TF 卡的文件系统时，在 Windows 系统上无法识别，会提示格式化
jffs2
- 优点
- 日志型文件系统，常用于 nor flash，存储程序或用户配置数据
- 崩溃时一致性较好，常用于 nor flash 嵌入式设备的参数分区
- 缺点
- 挂载时需全盘扫描 flash 以建立文件信息，在大容量 flash 分区中使用效率不高
yaffs2
- 优点
- 类似 jffs2，主要应用于 nand flash
- 使用 nand flash 的 OOB 区存储元数据，挂载时只扫描 OOB 区域，提升文件系统效率
- 缺点
- 不支持数据压缩，元数据开销大，扩展性能差
ubifs
- 优点
- 主要应用于大容量 nand flash，使用逻辑擦除块与物理擦除块分离的方法，提供磨损平衡功能
- 支持动态调整大小，扩展性能好
- 缺点
- 软件复杂度高，调试难度大
squashfs
- 优点
- 压缩文件系统，压缩比例高，文件系统只读
- 主要应用于不需要修改内容的资源分区，如字体和语音提示文件
- 高压缩比可在有限空间内存储更多数据，降低 flash 成本