Squashfs文件系统详解

一、Squashfs文件系统概念

Squashfs是一个只读文件系统，典型的使用场景是在Linux LiveCD中，用于将一个完整的操作系统压缩成一个文件。与gzip和tar不同，Squashfs是一个文件系统，由于它是只读的，因此可以轻松地保护其中的文件不受恶意软件的感染。Squashfs文件系统优点包括读取速度快、占用空间小等。

下面是一个Squashfs文件系统的实现的基本代码示例：

#include
//定义日志输出
#define pr_fmt(fmt) "Squashfs:" fmt
#define KERN_INFO ""

static int __init squashfs_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Squashfs文件系统初始化");
    return 0;
}

static void __exit squashfs_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Squashfs文件系统退出");
}

module_init(squashfs_init);
module_exit(squashfs_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("CSDN");
MODULE_DESCRIPTION("This is a Squashfs filesystem Module.");

二、Squashfs文件系统实现原理

Squashfs文件系统的核心实现是采用了数据块压缩技术，将文件系统中相邻的数据块压缩合并，从而提高了数据存储密度，进而提高了存储空间利用率。Squashfs文件系统由三部分组成，分别是SuperBlock、InodeTable、DataBlock。

SuperBlock保存了整个文件系统的元数据信息，包括文件系统类型，文件系统大小等；InodeTable用于保存文件系统中每个文件或目录的Inode信息；DataBlock则是存储文件内容的数据块。

下面是Squashfs文件系统的实现中InodeTable和DataBlock的定义代码示例：

struct squashfs_inode {
    __le16 i_mode;          /* 文件类型和访问权限 */
    __u16 i_uid;            /* 文件所有者UID */
    __le32 i_size;          /* 文件大小 */
    __le32 i_mtime;         /* 文件修改时间 */
    __u64 inode_number;     /* Inode节点编号 */
};

struct squashfs_data_block {
    __le16 fragment_start;  /* 块起始位置 */
    __le16 offset;          /* 块内偏移地址 */
    __le16 fragment_size;   /* 块大小 */
    __u8  padded[2];        /* 用于内存对齐 */
};

三、Squashfs文件系统应用场景

Squashfs文件系统通常应用于Linux系统的安装和启动过程，它可以将整个操作系统、设备驱动程序和配置文件压缩成一个只读文件系统，然后在启动时将其加载到内存中。由于Squashfs文件系统占用空间小、速度快、只读等特点，因此可以很好地保护系统免受恶意软件的感染。

以下代码示例展示如何在Linux系统中使用Squashfs文件系统进行启动：

# 进入Squashfs文件系统目录
cd /etc/squashfs/

# 将Squashfs文件系统挂载到/tmp/squash目录
mount -t squashfs -o loop squashfs.img /tmp/squash/

# 启动Linux系统
boot /tmp/squash/boot/vmlinuz /tmp/squash/boot/initrd.img

四、Squashfs文件系统的优缺点

Squashfs文件系统的主要优点包括：

占用空间小：采用数据块压缩技术，可以大大减少存储空间的占用率。
只读：只读文件系统可以保护文件系统中的文件免受恶意软件的感染。
读取速度快：相比于其他只读文件系统，Squashfs文件系统的读取速度更快。

Squashfs文件系统的主要缺点包括：

不支持写操作：由于是只读文件系统，因此不支持写操作，这也是其只读特性的体现。
不适用于大型文件系统：Squashfs文件系统的整体实现是基于数据块压缩技术，对于大型文件系统的支持较差。

下面是一个Squashfs文件系统大小和挂载时间的对比实验：

# Squashfs文件系统大小
$ du -sh /tmp/squashfs/
1.2G    /tmp/squashfs/

# Squashfs文件系统挂载时间
$ time mount squashfs.img /mnt/squashfs

real    0m0.367s
user    0m0.000s
sys     0m0.016s

# Ext4文件系统大小
$ du -sh /mnt/ext4

1.2G    /mnt/ext4/

# Ext4文件系统挂载时间
$ time mount /dev/sda1 /mnt/ext4

real    0m0.368s
user    0m0.000s
sys     0m0.013s

五、结束语

Squashfs文件系统是一种只读文件系统，采用了数据块压缩技术，可以大大减少存储空间的占用率，具有占用空间小、速度快、只读等特点。虽然它存在一些不足之处，如不支持写操作、不适用于大型文件系统等限制，但在Linux系统的安装和启动过程中，其应用价值巨大。

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