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Linux只读文件系统
toradex | 2018-03-15 10:53:28    阅读:2881   发布文章

By Toradex 胡珊逢

1.     简介

文件系统对于嵌入式系统,正如记忆对于大脑,嵌入式系统失去了文件系统,这往往是严重的问题,轻则导致应用无法启动,数据丢失,严重的情况可能是整个系统启动失败。Windows 电脑的蓝屏、手机变砖,这其中很大比例是由于重要系统文件丢失、损坏所致。如何保护嵌入式文件系统的安全,这是系统开发人员打造一款稳定、可靠产品时应该考虑的事情。

 

损坏文件系统,除了外部因素如高压、高温、强磁场干扰存储器外,写文件系统那时的突然掉电往往会造成文件系统结构本身的损坏,例如分区信息。在 Linux 嵌入式系统常见的挂载 VFS 失败就是由于rootfs 受损所致而这之前的 U-Boot  Linux kernel 往往任可以正常工作。文件针对此类情况将介绍如何在 iMX6 平台上如何使用只读文件系统并将用户应用和数据保存在独立的分区以及利用 Toradex Easy Installer 完成分区和系统安装操作。

 

2.     生成只读文件系统

Yocto/OpenEmbedded 构建框架的一个特点是,系统软件会根据所构建的目标镜像的要求自动调整编译软件的功能。例如在 IMAGE_FEATURES 中添加 read-only-rootfs那么 BSP 中包含的软件将不会往 Flash上写入文件包括系统日志。

 

 local.conf 配置

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EXTRA_IMAGE_FEATURES = "debug-tweakspackage-management read-only-rootfs"

DISTRO_EXTRA_RDEPENDS_remove = " angstrom-libc-fixup-hack"

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3.     设置分区挂载

 

修改用户分区挂载目录

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layers/meta-toradex-demos/recipes-core/base-files/base-files/fstab

 

/dev/root           /                   auto      ro,noatime              1  1

proc                /proc               proc      defaults             0  0

devpts              /dev/pts            devpts     mode=0620,gid=5       0  0

usbdevfs            /proc/bus/usb        usbdevfs   noauto               0  0

tmpfs               /run                tmpfs      mode=0755,nodev,nosuid,strictatime0  0

tmpfs               /var/volatile        tmpfs      defaults             0  0

 

# uncomment this if your device has aSD/MMC/Transflash slot

#/dev/mmcblk0p1      /media/card         auto      defaults,sync,noauto  0 0

/dev/mmcblk0p3       /mnt         ext4      defaults,sync,noauto  0 0

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将系统根目录设置为只读状态,并将独立的用户分区挂载到 /mnt 目录,该目录任具有读写权限。用户应用可以在该分区下保存用户配置文件、应用日志,甚至升级用户应用本身。

 

4.     设置应用自启动脚本

由于文件系统需要配置为只读属性,我们需要在 Yocto/OpenEmbedded 构建时直接包含应用开机启动脚本。目前 Toradex  Linux BSP 已经采用 systemd 启动管理,用户需要添加对应的 systemd service 文件。为了方便演示我们直接在 layers/meta-toradex-bsp-common/recipes-core/ 目录下创建用户自己的recipe 文件 user-demo当然你也可以在 Yocto/OpenEmbedded  根目录中添加自己的  layer将所需的 recipe 都包含进来具体方法请参考这里

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tdx_cn_ben@LinuxDevSH1:~/Toradex/OE/v2.7/layers/meta-toradex-bsp-common/recipes-core/user-demo$tree -L 2

.

├── files

│   └── user-demo.service

└── user-demo.bb

------------------------------------

 

user-demo.bb

------------------------------------

SUMMARY = "Add user demo"

DESCRIPTION = "create folder withinhome and install auto-run service script"

LICENSE = "CLOSED"

PR = "r3"

 

SRC_URI =  " \

    file://user-demo.service \

"

 

do_install () {

    install-m 0644 ${WORKDIR}/user-demo.service ${D}${systemd_unitdir}/system

 

}

 

NATIVE_SYSTEMD_SUPPORT = "1"

SYSTEMD_PACKAGES = "${PN}"

SYSTEMD_SERVICE_${PN} = "user-demo.service"

 

inherit allarch systemd

------------------------------------

 

user-demo.service

------------------------------------

[Unit]

Description=launch user's demo on dedicatedpartition

ConditionFileIsExecutable=/mnt/helloworld

StartLimitIntervalSec=200

StartLimitBurst=5

After=multi-user.target

 

[Service]

Type=simple

ExecStart=/mnt/helloworld

Restart=on-failure

RestartSec=10

 

[Install]

WantedBy=multi-user.target

------------------------------------

 

启动脚本中使用 ConditionFileIsExecutable来判断用户分区是否成功挂载并存在可执行文件,等待分区文件准备完成后才启动,同时设置Restart ,当启动失败后会再次尝试。

 

最后执行命令,生成用于 ToradexEasy Installer 的安装文件

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bitbake console-tdx-image

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将下面文件复制到 SD 或者 U盘中

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├── Colibri-iMX6_Console-Image.bootfs.tar.xz

├──Colibri-iMX6_Console-Image.rootfs.tar.xz

├── image.json

├── prepare.sh

├── slides_vga

├── SPL

├── toradexlinux.png

├── u-boot.imx

├── userapp.tar.xz

└── wrapup.sh

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5.     修改 image.json 配置文件

Toradex Easy Installer 中的 image.json  文件可用于配置 iMX 6 模块上 Flash 的分区情况,并将文件写入对应的分区中。我们需要在 Flash 创建分区,存放用户文件  userapp.tar.xz,并去掉 rootfs 分区  want_maximised属性。

------------------------------------

{

                   "want_maximised": false,

                   "content": {

                       "mkfs_options": "-E nodiscard",

                       "filesystem_type": "ext4",

                       "uncompressed_size": 140.03515625,

                       "filename":"Colibri-iMX6_Console-Image.rootfs.tar.xz",

                       "label": "RFS"

                   },

                   "partition_size_nominal": 512

               },

               {

                   "want_maximised": true,

                   "content": {

                       "mkfs_options": "-E nodiscard",

                       "filesystem_type": "ext4",

                       "uncompressed_size": 7.01,

                       "filename": "userapp.tar.xz",

                       "label": "UserData"

                   },

                   "partition_size_nominal": 512

      }

------------------------------------

 

userapp.tar.xz 压缩包中包含了用户文件,如 helloworld taq.mp4,直接将其压缩成 xz 格式即可。

 

6.     用户应用

由于用户应用存放在独立的分区上,因此并不需要将其集成到  Yocto/OpenEmbedded,借助 Toradex Easy Installer 可以直接将程序、数据等写入分区。以下面应用为例,应用将打印“Hello world!”,并在用户分区上写如数据文件。该应用由上面的 user-demo.service 脚本在开机时启动。

------------------------------------

int main(int argc,char *argv[]){

 int file_hd;

 unsigned chardata[16]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f};

 

 file_hd = open ("/mnt/log-file",O_CREAT |O_WRONLY | O_TRUNC);

 if(file_hd==-1)

 {

      printf("filecreate failed");

      return -1;

 }

 write (file_hd,(unsigned char *)data, 16);

 close(file_hd);

 

 printf("Hello world!\n");

 return 0;

}

------------------------------------

 

7.     测试文件系统

查看挂载情况

------------------------------------

root@colibri-imx6:/etc/udev/rules.d# mount -l

/dev/mmcblk0p2 on / type ext4 (ro,noatime,data=ordered) [RFS]

…… 

/dev/mmcblk0p3 on /media/mmcblk0p3 typeext4 (rw,relatime,data=ordered)[UserData]

------------------------------------

 

在只读文件系统上无法创建目录

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root@colibri-imx6:~# pwd

/home/root

root@colibri-imx6:~# mkdirtestfolder

mkdir: can't create directory 'testfolder':Read-only file system

------------------------------------

 

UserData 分区下的用户文件

------------------------------------

root@colibri-imx6:/media/mmcblk0p3# ls

helloworld      lost+found       taq.mp4

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应用启动情况

------------------------------------

root@colibri-imx6:~# journalctl-u user-demo.service

-- Logs begin at Wed 2018-03-07 04:48:18UTC, end at Mon 2018-03-12 08:30:56 UTC. --

Mar 12 08:30:51 colibri-imx6 systemd[1]:Started launch user's demo on dedicated partition.

Mar 12 08:30:51 colibri-imx6 helloworld[522]:Hello world!

 

root@colibri-imx6:~# hexdump-b /mnt/log-file 

0000000 000 001 002 003 004 005 006 007 010011 012 013 014 015 016 017

0000010

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8.     总结

通过将 rootfs 设置为只读模式,用户的写操作只缩小到一个单独分区,可以降低由于 rootfs 损坏导致系统启动失败的发生。只读模式的 rootfs 也会带来其他影响,有些文件是在系统运行时必须创建或者更新的,如密码、random seedSSH Keys、网络配置参数等。这些文件的缺失使得系统无法保存之前的配置,每次使用时都需重新建立。以上只是一个简单的说明,如何使用只读文件系统提高系统稳定性。用户也可以将应用直接集成到 BSP 中,当用户分区上的文件损坏或者丢失时,可以将其用作备份恢复。甚至采用额外的存储介质,实现系统恢复、A/B 分区、OTA 等其他功能。



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