如何深入理解 UBI 文件系统的原理与应用？

liwen01 2024.07.21 前言 UBI (Unsorted Block Images)文件系统是一种用于裸 flash 的文件系统管理层。它是专为管理原始闪存设备而设计，特别适用于嵌入式系统。与 YAFFS2 和JFFS2不同的是,它可以提供整个 flash 空间的磨损平衡，并且有良好的扩展性，适用于大容量的nand flash。 (一)MTD、UBI 与 UBIFS 前面介绍的 JFFS2 和 YAFFS2 都是运行在 MTD 之上，而 UBIFS 只能运行在 UBI 之上，UBI 又只能运行于 MTD 之上，所以这里就涉及到 3 个子系统：MTD、UBI、UBIFS。 MTD提供了对底层闪存硬件的抽象和基本管理。 UBI在 MTD 之上增加了一层管理，处理闪存的复杂性并提供逻辑卷管理。 UBIFS是在 UBI 卷上运行的文件系统，充分利用 UBI 的特性，提供高效可靠的文件存储。 这里需要特别注意，这里所说的闪存，是指裸 flash，而不是经过FTL转换后的 U 盘、SD、TF、SSD 等设备。 在 Linux 中，经过 FTL 转换后的 U 盘、SD、TF、SSD 等设备，它们属于块设备，是模拟传统磁盘设计的一种数据结构，以扇区 sector 为读写单位。 而 MTD，它既不是字符设备，也不是块设备，它只是 MTD 设备 (1) MTD (Memory Technology Device) MTD 是Linux 内核中的一个子系统，用于支持不同类型的闪存设备，如NOR Flash和 NAND Flash。MTD 提供了一个抽象层，使得文件系统和用户空间程序可以方便地访问底层的闪存硬件。 MTD 设备：在 Linux 系统中，MTD 设备通常以 /dev/mtdX 和 /dev/mtdblockX 的形式出现，其中 X 是设备编号。 MTD 子设备：一个 MTD 设备可以被划分为多个子设备，每个子设备可以独立使用。 (2)UBI (Unsorted Block Images) UBI 是一个在 MTD 设备之上的管理层，专门为 NAND Flash 设计。UBI 处理了 NAND Flash 固有的一些复杂性，如坏块管理和磨损均衡(wear leveling)。UBI将闪存划分为逻辑擦除块，并对它们进行管理。 坏块管理：UBI 能够检测和管理坏块，确保数据写入时不会使用坏块。 磨损均衡：UBI 通过均匀分布擦写操作，延长闪存的使用寿命。 逻辑卷：UBI 支持在 MTD 设备上创建多个逻辑卷，每个卷可以独立使用。 (3)UBIFS (UBI File System) UBIFS 是专门为 UBI 设计的文件系统，直接在 UBI 卷上运行。UBIFS 充分利用 UBI 的功能，提供了高效和可靠的文件存储解决方案。 动态特性：UBIFS 支持动态调整文件系统大小，根据需要分配和回收空间。 日志结构：UBIFS 使用日志结构文件系统，减少数据损坏的风险并提高写入性能。 压缩：UBIFS 支持多种压缩算法，节省存储空间。 UBIFS 并不是唯一可以在UBI上运行的文件系统，理论上绝大部分文件系统都可以在 UBI 上运行。除了 UBIFS，其它文件系统在 UBI 上使用效率都不高。