深入理解UBIFS文件系统

一、什么是UBIFS

UBIFS全称是Unsorted Block Image File System，是Linux内核中的一个ubifs文件系统，也是MTD上的一个文件系统，不同于ext系列、fat系列等常见文件系统，UBIFS主要是设计用于嵌入式设备中，具有很好的闪存管理功能，可以利用闪存的空间更为合理地存储数据。

UBIFS是一种日志型的文件存储系统，它可以更有效地管理闪存上的文件。相较于传统文件系统，UBIFS不需要预留出一部分区域来存储文件索引等信息，这样就可以更加高效地利用闪存空间。

二、UBIFS的设计思路

UBIFS的设计思路可以分为四个部分：

2.1、擦除块管理

由于闪存存储中的数据擦除存在困难，所以在写入新数据之前需要擦除原有的数据。擦除通常是一个非常慢的操作，因此UBIFS在设计时选择分配整个闪存存储器的某个部分，称为一个擦除区域，该区域内所有块的大小都是相同的，且UBIFS可以进行擦除和替换。

2.2、存储空间管理

UBIFS采用UBI作为闪存层，可以利用UBI的块映射机制来管理擦除块。当UBIFS向UBI申请空间时，UBI会分配一个或多个物理块作为虚拟块给UBIFS。UBIFS将数据写入虚拟块中，UBIFS管理虚拟块的元数据，并通过UBI来映射块的位置。在这样的设计下，UBIFS可以非常高效地利用闪存空间。

2.3、索引结构

UBIFS索引结构主要有根节点、分支节点和叶子节点三种类型节点。根节点指向分支节点，分支节点指向下一级节点；叶子节点储存实际数据或下一级节点的位置。索引结构可以通过UBI来映射物理位置。

2.4、日志管理

为了保证数据的一致性，UBIFS设计了日志机制。在写入数据时，UBIFS将数据写入日志区，这个日志区使用了特殊的算法，可以最大限度地减少擦除操作的次数。当发生崩溃时，根据日志可以追溯到上一次的存储点，把数据和元数据还原到该点，可以确保数据不会丢失。

三、UBIFS代码实现

以下是一个简单的例子，演示了如何在Linux中实现UBIFS文件系统。先要在内核中启用MTD分区支持以及UBIFS文件系统支持。

	mknod /dev/mtd3 b 31 3
	flash_erase /dev/mtd3 0 0
	ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 3
	mkfs.ubifs /dev/ubi0_0
	mkdir /mnt/ubifs
	mount -t ubifs ubi0_0 /mnt/ubifs

以上代码在文件系统上创建一个UBI闪存的mtd3分区并将其挂载到/mnt/ubifs目录下。注意，flash_erase命令将会擦除分区上的所有数据。

四、UBIFS优点

UBIFS的主要优点包括：

4.1、在嵌入式设备中效果好

UBIFS适用于嵌入式设备中，特别是闪存储器容量较小的设备。UBIFS可以更有效地管理小型闪存设备的存储空间。

4.2、擦除块管理算法

UBIFS的擦除块管理算法非常高效。对于擦除块，UBIFS会选择合适的时间来进行数据擦除，减少频繁的擦除操作。同时，UBIFS还会把需要一起写入的数据分配到同一个块中，减少闪存读写的次数，提高了闪存读写的速度。

4.3、日志管理机制

UBIFS利用日志机制来确保数据的一致性，保证发生崩溃时不会丢失数据。这对于一些对数据可靠性要求比较高的应用来说，具有非常重要的意义。

五、总结

UBIFS是一种高效的文件存储系统，可以更好地管理Linux内核中的闪存设备。UBIFS的设计思路和代码实现极具特色，其日志管理机制和擦除块管理算法也具有一定的优势。不过，对于一些容量大、性能要求高的应用场景，UBIFS可能并不是最佳的选择。