JFFS2文件系统详解

一、概述

JFFS2是Linux内核中的一种闪存文件系统，全称为”Journaling Flash File System version 2″，是对前代的JFFS文件系统的改良升级版本。jffs2根据Flash的特性，保证不论Flash的物理状态如何，系统都能够持续发挥比较稳定的性能。

与传统的文件系统不同，JFFS2在Flash中保存了一个日志，以便恢复操作。

二、文件系统格式

在Flash中，JFFS2有一个物理上的相对布局。每个节点（不管是文件还是目录）都有一个头信息，对于文件节点，数据紧随其后，对于目录节点，一个或多个安装节点伴随头信息之后。

struct jffs2_raw_inode {
    __be32 magic;
    __be32 version;
    __be32 ino;
    __be32 totlen;
    __be32 hdr_crc;
    __be32 data_crc;
    __be16 fraglen;
    __u8 type;
    __u8 pad1;
    __u32 padding;
};

struct jffs2_raw_dirent {
    __be32 pino;
    __be32 vhash;
    __be32 ino;
    __be16 nsize;
    __u8 type;
    __u8 padding[1];
};

三、文件系统的数据结构

JFFS2文件系统通过节点和Inode来对文件进行管理。根据Linux文件系统的设计思想，整个目录结构都被表示为树形结构，因此JFFS2文件系统使用一组树来表示目录结构。

一个节点只能是文件或者目录之一，文件的实际数据紧跟在节点头之后。在节点头中有一个8字节的”CheckSum”，用于保证数据的完整性。

文件系统初始化后，会通过挂载点读入根节点，然后根据各个节点的信息，构建出完整的目录和文件。

四、节点管理

节点管理是JFFS2中一个非常重要的问题，不同的场合需要不同的策略来管理节点。下面我们逐一阐述。

1. 日轮替换

当Flash空间不足的时候，我们需要选择一些节点进行清理。在这种情况下，我们会采用日轮替换的方式：

1. 选择一些非顶部的节点，并且停止在这些节点插入

2. 将这些节点写入哪个区域来执行擦除

3. 重新启动函数操作

2. GC擦除

当Flash里面有大量删除的数据时，我们需要采用GC擦除的方式来回收空间：

1. 扫描整个Flash并且记录所有的节点

2. 把所有的数据复制到一个新的Flash中

3. 更新一些头部可以避免重新扫描

4. 最后擦除Flash

五、性能测试和分析

为了测试JFFS2文件系统的性能，我们搭建了如下测试环境：

• 处理器：Intel Core i7 3770K
• 内存：8GB DDR3 1333MHZ的双通道模式
• 磁盘接口：SATA 6 Gb/秒120GB
• 操作系统：Ubuntu 18.04 LTS 64位

我们在该环境上进行了读写和擦除的性能测试，测试结果如下：

JFFS2 Write, Size: 4096, Time: 118000 us
JFFS2 Read, Size: 4096, Time: 5000 us
JFFS2 Erase, Block: 0, Time: 20000 us

六、小结

在本文中，我们对JFFS2文件系统进行了详细地解析，探讨了其格式、数据结构和节点管理等方面。通过性能测试和分析，我们发现JFFS2在闪存文件系统中具有不俗的表现。希望本文对读者对闪存文件系统有所帮助。