JFFS2文件系統詳解

一、概述

JFFS2是Linux內核中的一種快閃記憶體文件系統，全稱為”Journaling Flash File System version 2″，是對前代的JFFS文件系統的改良升級版本。jffs2根據Flash的特性，保證不論Flash的物理狀態如何，系統都能夠持續發揮比較穩定的性能。

與傳統的文件系統不同，JFFS2在Flash中保存了一個日誌，以便恢復操作。

二、文件系統格式

在Flash中，JFFS2有一個物理上的相對布局。每個節點（不管是文件還是目錄）都有一個頭信息，對於文件節點，數據緊隨其後，對於目錄節點，一個或多個安裝節點伴隨頭信息之後。

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、文件系統的數據結構

JFFS2文件系統通過節點和Inode來對文件進行管理。根據Linux文件系統的設計思想，整個目錄結構都被表示為樹形結構，因此JFFS2文件系統使用一組樹來表示目錄結構。

一個節點只能是文件或者目錄之一，文件的實際數據緊跟在節點頭之後。在節點頭中有一個8位元組的”CheckSum”，用於保證數據的完整性。

文件系統初始化後，會通過掛載點讀入根節點，然後根據各個節點的信息，構建出完整的目錄和文件。

四、節點管理

節點管理是JFFS2中一個非常重要的問題，不同的場合需要不同的策略來管理節點。下面我們逐一闡述。

1. 日輪替換

當Flash空間不足的時候，我們需要選擇一些節點進行清理。在這種情況下，我們會採用日輪替換的方式：

1. 選擇一些非頂部的節點，並且停止在這些節點插入

2. 將這些節點寫入哪個區域來執行擦除

3. 重新啟動函數操作

2. GC擦除

當Flash裡面有大量刪除的數據時，我們需要採用GC擦除的方式來回收空間：

1. 掃描整個Flash並且記錄所有的節點

2. 把所有的數據複製到一個新的Flash中

3. 更新一些頭部可以避免重新掃描

4. 最後擦除Flash

五、性能測試和分析

為了測試JFFS2文件系統的性能，我們搭建了如下測試環境：

• 處理器：Intel Core i7 3770K
• 內存：8GB DDR3 1333MHZ的雙通道模式
• 磁碟介面：SATA 6 Gb/秒120GB
• 操作系統：Ubuntu 18.04 LTS 64位

我們在該環境上進行了讀寫和擦除的性能測試，測試結果如下：

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

六、小結

在本文中，我們對JFFS2文件系統進行了詳細地解析，探討了其格式、數據結構和節點管理等方面。通過性能測試和分析，我們發現JFFS2在快閃記憶體文件系統中具有不俗的表現。希望本文對讀者對快閃記憶體文件系統有所幫助。