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在Linux 嵌入式系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)和緩存機(jī)制常導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲穩(wěn)定性問題。本文通過案例分析原因，對比不同文件系統(tǒng)特性，為開發(fā)者提供優(yōu)化建議，助力提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和系統(tǒng)可靠性。

? 前言

基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng)，由于有文件系統(tǒng)以及緩存的存在，在數(shù)據(jù)存儲方面的使用注意事項(xiàng)比單片機(jī)直接寫存儲器的應(yīng)用會有更多的要求才能達(dá)到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠。如下都是比較常見的異常：

系統(tǒng)沒有正常關(guān)機(jī)，導(dǎo)致磁盤出現(xiàn)文件系統(tǒng)錯(cuò)誤或者變?yōu)橹蛔x；

頻繁讀寫數(shù)據(jù)，文件系統(tǒng)中文件被損壞或者變?yōu)橹蛔x；

在讀寫過程中突然斷電，導(dǎo)致文件系統(tǒng)變?yōu)橹蛔x。

? 案例回顧

先看幾個(gè)真實(shí)案例：

案例1

有客戶反饋在使用M3354-512LI-F1GT的核心板當(dāng)中。發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)文件系統(tǒng)變成只讀的現(xiàn)象，此時(shí)主機(jī)就不能正常使用。

案例2

EPC-287C-L ARM9系列核心板，當(dāng)網(wǎng)關(guān)程序和配置信息放在/opt文件夾下面執(zhí)行一段時(shí)間，偶爾出現(xiàn)/opt文件夾下的信息都被清空或者里面權(quán)限變?yōu)橹蛔x。

案例3

M280工控板在運(yùn)行一段時(shí)間后，/opt目錄下的文件不能編輯，編輯的時(shí)候會出現(xiàn)只讀的情況，但是文件的屬性又不是只讀的。

案例分析

案例1的問題可能是本身ubifs的機(jī)制問題，解決方式是通過更新ubifs數(shù)據(jù)分區(qū)的格式為yaffs格式。

偶發(fā)性的opt目錄只讀問題，暫時(shí)沒有好的辦法去解決。一般情況下，建議在對opt分區(qū)或者文件系統(tǒng)進(jìn)行寫操作時(shí)，使用sync命令或函數(shù)同步數(shù)據(jù)。由于SLC NandFlash的標(biāo)準(zhǔn)讀寫次數(shù)上限為10萬次，因此，不建議太頻繁的進(jìn)行擦除寫入。

硬件上，為了保證產(chǎn)品穩(wěn)定，建議添加備份電源或者大電容，保證10s左右的續(xù)航時(shí)間，讓系統(tǒng)有足夠時(shí)間去做文件系統(tǒng)同步。

? 要點(diǎn)提示

當(dāng)然，不單只有ubifs文件系統(tǒng)才會出現(xiàn)opt目錄只讀問題，在ext4和yaffs2的文件系統(tǒng)也有出現(xiàn)。比如沒有正確按照文檔的步驟操作打包或者燒寫文件系統(tǒng)的鏡像，也會直接造成文件系統(tǒng)鏡像損壞。當(dāng)文件系統(tǒng)出現(xiàn)損壞或錯(cuò)誤時(shí)，操作系統(tǒng)會將其自動掛載為只讀模式，以防止進(jìn)一步的數(shù)據(jù)損壞。這是為了保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和安全性。有時(shí)，操作系統(tǒng)在引導(dǎo)過程中會自動檢測文件系統(tǒng)錯(cuò)誤。為了避免這些錯(cuò)誤進(jìn)一步擴(kuò)散，操作系統(tǒng)會將文件系統(tǒng)以只讀模式掛載，以便用戶可以修復(fù)錯(cuò)誤。

還有一種是人為主動將其掛載為只讀模式，將文件系統(tǒng)以只讀模式掛載可以增加系統(tǒng)的安全性，防止未經(jīng)授權(quán)的用戶修改或刪除關(guān)鍵文件。特別是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，只讀文件系統(tǒng)可以起到一定的保護(hù)作用?？梢栽诎l(fā)生損壞、錯(cuò)誤、硬件故障時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適的文件系統(tǒng)，能有效減少opt分區(qū)變?yōu)橹蛔x的概率，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

圖1和圖2摘自TOSHIBA的公開文檔，為我們在做文件系統(tǒng)的選擇時(shí)提供了很好的參考。圖1列出了電子產(chǎn)品對文件系統(tǒng)的參數(shù)要求，如快速啟動、IO性能、內(nèi)存消耗、使用壽命和掉電忍受能力。

圖1 選擇文件系統(tǒng)考慮的因素

不同的文件系統(tǒng)因?yàn)樵O(shè)計(jì)理念的不同，在上述因素的實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用場合也是不一樣的。在圖2所列的4種文件系統(tǒng)特性對比中，可以很清楚看到，YAFFS2對內(nèi)存消耗比較小，但不太適合于經(jīng)常寫數(shù)據(jù)的應(yīng)用，比較適合于存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。如果要進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)存儲，建議用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)寫平衡加強(qiáng)處理。而UBIFS文件系統(tǒng)則相反，對內(nèi)存消耗較大，能適用于頻繁寫數(shù)據(jù)的場合，但因?yàn)槲募到y(tǒng)緩存的原因，在抗掉電能力稍弱，需要在硬件和系統(tǒng)方面做一些補(bǔ)救。

圖2 幾種文件系統(tǒng)的特性對比

簡單歸納一下，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一定要根據(jù)應(yīng)用場景來選擇合適的文件系統(tǒng)才能保證產(chǎn)品穩(wěn)定和數(shù)據(jù)可靠。不經(jīng)常寫數(shù)據(jù)可優(yōu)先選擇YAFFS2，經(jīng)常寫數(shù)據(jù)則應(yīng)當(dāng)考慮UBIFS；經(jīng)常異常掉電，優(yōu)先選擇YAFFS2，有掉電保護(hù)則可選擇UBIFS。