Squashfs文件系統詳解

一、Squashfs文件系統概念

Squashfs是一個只讀文件系統，典型的使用場景是在Linux LiveCD中，用於將一個完整的操作系統壓縮成一個文件。與gzip和tar不同，Squashfs是一個文件系統，由於它是只讀的，因此可以輕鬆地保護其中的文件不受惡意軟件的感染。Squashfs文件系統優點包括讀取速度快、佔用空間小等。

下面是一個Squashfs文件系統的實現的基本代碼示例：

#include
//定義日誌輸出
#define pr_fmt(fmt) "Squashfs:" fmt
#define KERN_INFO ""

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

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

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

二、Squashfs文件系統實現原理

Squashfs文件系統的核心實現是採用了數據塊壓縮技術，將文件系統中相鄰的數據塊壓縮合併，從而提高了數據存儲密度，進而提高了存儲空間利用率。Squashfs文件系統由三部分組成，分別是SuperBlock、InodeTable、DataBlock。

SuperBlock保存了整個文件系統的元數據信息，包括文件系統類型，文件系統大小等；InodeTable用於保存文件系統中每個文件或目錄的Inode信息；DataBlock則是存儲文件內容的數據塊。

下面是Squashfs文件系統的實現中InodeTable和DataBlock的定義代碼示例：

struct squashfs_inode {
    __le16 i_mode;          /* 文件類型和訪問權限 */
    __u16 i_uid;            /* 文件所有者UID */
    __le32 i_size;          /* 文件大小 */
    __le32 i_mtime;         /* 文件修改時間 */
    __u64 inode_number;     /* Inode節點編號 */
};

struct squashfs_data_block {
    __le16 fragment_start;  /* 塊起始位置 */
    __le16 offset;          /* 塊內偏移地址 */
    __le16 fragment_size;   /* 塊大小 */
    __u8  padded[2];        /* 用於內存對齊 */
};

三、Squashfs文件系統應用場景

Squashfs文件系統通常應用於Linux系統的安裝和啟動過程，它可以將整個操作系統、設備驅動程序和配置文件壓縮成一個只讀文件系統，然後在啟動時將其加載到內存中。由於Squashfs文件系統佔用空間小、速度快、只讀等特點，因此可以很好地保護系統免受惡意軟件的感染。

以下代碼示例展示如何在Linux系統中使用Squashfs文件系統進行啟動：

# 進入Squashfs文件系統目錄
cd /etc/squashfs/

# 將Squashfs文件系統掛載到/tmp/squash目錄
mount -t squashfs -o loop squashfs.img /tmp/squash/

# 啟動Linux系統
boot /tmp/squash/boot/vmlinuz /tmp/squash/boot/initrd.img

四、Squashfs文件系統的優缺點

Squashfs文件系統的主要優點包括：

• 佔用空間小：採用數據塊壓縮技術，可以大大減少存儲空間的佔用率。
• 只讀：只讀文件系統可以保護文件系統中的文件免受惡意軟件的感染。
• 讀取速度快：相比於其他只讀文件系統，Squashfs文件系統的讀取速度更快。

Squashfs文件系統的主要缺點包括：

• 不支持寫操作：由於是只讀文件系統，因此不支持寫操作，這也是其只讀特性的體現。
• 不適用於大型文件系統：Squashfs文件系統的整體實現是基於數據塊壓縮技術，對於大型文件系統的支持較差。

下面是一個Squashfs文件系統大小和掛載時間的對比實驗：

# Squashfs文件系統大小
$ du -sh /tmp/squashfs/
1.2G    /tmp/squashfs/

# Squashfs文件系統掛載時間
$ time mount squashfs.img /mnt/squashfs

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

# Ext4文件系統大小
$ du -sh /mnt/ext4

1.2G    /mnt/ext4/

# Ext4文件系統掛載時間
$ time mount /dev/sda1 /mnt/ext4

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

五、結束語

Squashfs文件系統是一種只讀文件系統，採用了數據塊壓縮技術，可以大大減少存儲空間的佔用率，具有佔用空間小、速度快、只讀等特點。雖然它存在一些不足之處，如不支持寫操作、不適用於大型文件系統等限制，但在Linux系統的安裝和啟動過程中，其應用價值巨大。