By Toradex胡珊逢
在使用嵌入式?Linux?系統(tǒng)的時沛豌，會出現(xiàn)由于設(shè)備意外斷電引起文件系統(tǒng)損壞而最終使該設(shè)備無法啟動的現(xiàn)象趋箩。為了應(yīng)對這種情況，通常會從硬件設(shè)計如采用備用電源加派，無論是鋰電池還是超級電容等叫确，或者從系統(tǒng)軟件設(shè)上加以規(guī)避。本文接下來將介紹如何使用?squashfs?只讀文件系統(tǒng)制作?Linux?系統(tǒng)文件芍锦，并采用?overlayfs?為用戶目錄增加可寫權(quán)限竹勉。演示采用?Colibri iMX6?計算機(jī)模塊，該方法同樣也適用于?Toradex?其他產(chǎn)品醉旦，如?iMX8?計算機(jī)模塊饶米。
Squashfs?是一種只讀壓縮文件系統(tǒng)，通常被用于數(shù)據(jù)備份或者系統(tǒng)資源受限的計算機(jī)系統(tǒng)上使用车胡，如?Linux?發(fā)行版的?LiveCD檬输，OpenWRT?系統(tǒng)也采用?squashfs。OverlayFS?一個結(jié)合其他文件系統(tǒng)的聯(lián)合掛載匈棘，將多個掛載點疊加為一個目錄丧慈。常見的應(yīng)用是在一個只讀的分區(qū)上疊加可讀寫的另一個分區(qū)。嵌入式?Linux?設(shè)備通常的功能都是被設(shè)計好的，極少需要在后期安裝其他軟件或更改?Linux?系統(tǒng)軟件逃默，更多的是更新設(shè)備應(yīng)用程序和相關(guān)數(shù)據(jù)鹃愤。因此基于?squashfs?的只讀文件系統(tǒng)，結(jié)合?overlayfs?為用戶應(yīng)用和數(shù)據(jù)提供讀寫操作完域，能夠提高嵌入式?Linux?文件系統(tǒng)可靠性软吐。
在?Colibri iMX6?的?eMMC?上我們將使用以下分區(qū)規(guī)劃。BootFS?為?FAT32?格式吟税，該分區(qū)上包含?Linux?內(nèi)核文件凹耙，device tree?等啟動文件，如果是?iMX8肠仪，則還包含一些其他固件文件肖抱。該分區(qū)通常只在文件系統(tǒng)燒寫階段被寫入。RootFS?分區(qū)是?Linux?運行的文件系統(tǒng)异旧，usr, bin, lib, etc, home?等目錄都在上面意述。一般該分區(qū)是EXT3，EXT4?格式吮蛹，支持文件的寫入和刪除荤崇。而文件系統(tǒng)的損壞也常發(fā)生于此，最終導(dǎo)致設(shè)備啟動失敗匹涮。因此我們這里會采用只讀格式的?squashfs?天试。UserData?是能夠讀寫的?EXT4?分區(qū)。該分區(qū)通過?overlayfs?會被掛載到原本位于只讀?squashfs?中的?/home/root?目錄然低。用戶應(yīng)用可以毫無察覺得使用該目錄喜每，在上面寫入和刪除文件，但不破壞只讀?squashfs?文件系統(tǒng)雳攘，所有的操作都會被轉(zhuǎn)移到?UserData?分區(qū)上带兜。用戶的應(yīng)用也會存在?UserData?分區(qū)上，啟動的時候從這里加載應(yīng)用程序吨灭。該分區(qū)是可寫的刚照，所有這上面的文件是可以被更新。
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下面我們會具體說明如何在?Yocto?環(huán)境生成符合上面規(guī)劃的?BSP?喧兄，并通過?Toradex Easy Installer?工具實現(xiàn)這些分區(qū)和寫入文件无畔。
首先需要在?Yocto?環(huán)境中生成?squashfs?格式的系統(tǒng)文件?rootfs。修改?build/conf/local.conf?吠冤，結(jié)尾添加以下內(nèi)容浑彰。
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IMAGE_FSTYPES_append = " squashfs"
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默認(rèn)?Linux?內(nèi)核配置下?squahfs?是通過加載內(nèi)核驅(qū)動模塊實現(xiàn)對其支持，而模塊驅(qū)動文件位于?rootfs?中拯辙，為了保證?Linux?內(nèi)核在啟動時能夠正確處理該格式郭变，需要將?squahfs?內(nèi)核驅(qū)動模塊配置為靜態(tài)驅(qū)動颜价，直接編譯進(jìn)內(nèi)核中。為內(nèi)核配置的文件系統(tǒng)支持添加?squahfs?和?overlay?格式诉濒。
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$ MACHINE=colibri-imx6 bitbake -c menuconfig virtual/kernel
→?File systems
<*> Overlay filesystem support
→?File systems?→?Miscellaneous filesystems
?<*>?? SquashFS 4.0 - Squashed file system support?
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EXT4?格式的?UserData?分區(qū)會通過?overlay?機(jī)制掛載到只讀的?rootfs?上的?/home/root周伦，但這之前需要通過?fstab?將該分區(qū)掛載到系統(tǒng)中，/dev/mmcblk0p3 -> /media/data-> /home/root未荒。在?Yocto?中专挪，layers/meta-toradex-demos/recipes-core/base-files/base-files/fstab?會被編譯到?Colibri IMX6 BSP?中，在該文件中添加：
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/dev/mmcblk0p3?????? /media/data???????? auto?????? defaults,sync,noauto? 0? 0
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然后再添加一個開機(jī)自啟動腳本片排，將?/media/data?使用?overlay掛載到?/home/root狈蚤。?在?layers/meta-toradex-bsp-common/recipes-core目錄中添加?mount-overlayfs?文件夾，里面包含編譯需要的?bb?文件和?systemd service划纽。mount-overlayfs.bb?中?install -d ${D}/media/data?會在?/media?目錄中創(chuàng)建?data?文件夾，F(xiàn)ILES_${PN} = "/media/data"?將該空文件夾添加到?BSP?中锌畸。?mount-overlayfs.service?通過?RequiresMountsFor?保證?/media/data?目錄通過?fstab?掛載后才運行勇劣。Overlay?的目錄結(jié)構(gòu)如下，lowerdir?為/home/root upperdir?為?/media/data/home/root/upper潭枣，workdir?為?/media/data/home/root/work比默。這樣應(yīng)用可以在?/home/root?下直接讀寫文件，overlayfs?對應(yīng)用和用戶都是透明的盆犁。
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[Service]
Type=simple
ExecStart=/bin/sh -c 'mount -t overlay -o lowerdir=/home/root,upperdir=/media/data/home/root/upper,workdir=/media/data/home/root/work overlay /home/root'
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在?build/conf/local.conf?中將?mount-overlayfs?添加到?BSP?中命咐。
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IMAGE_INSTALL_append = " mount-overlayfs"
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由于?rootfs?是只讀格式，無法像之前一樣直接在開發(fā)板上運行?systemctl?命令添加開機(jī)自啟動腳本谐岁。我們需要像上面一樣醋奠，在?Yocto?中增加一個?test-app?來開機(jī)自動運行位于?UserData?分區(qū)（該分區(qū)通過?overlay?會被最終掛載到?/home/root?目錄）上的測試程序?test。在?layers/meta-toradex-bsp-common/recipes-core目錄中添加?test-app?文件夾伊佃，里面包含編譯需要的?bb?文件和?systemd service窜司。
在?build/conf/local.conf?中將?test-app?添加到?BSP?中。
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IMAGE_INSTALL_append = " mount-overlayfs test-app"
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至此我們已經(jīng)通過修改?Yocto?能夠生成所需結(jié)構(gòu)的BSP航揉，執(zhí)行下面命令完成編譯任務(wù)塞祈。
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$ MACHINE=colibri-imx6 bitbake tdx-reference-minimal-image
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在?build/deploy/images/colibri-imx6?有相關(guān)文件生成，我們需要下面兩個文件帅涂，文件名字中的時間戳對應(yīng)具體編譯的日期议薪。
Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0.tar
Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image.rootfs.squashfs
解壓?Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0.tar。因為rootfs?是?squahfs?格式媳友，需要使用定制的?boot.src?來啟動斯议。
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$ cd ~/
$ tar vxf Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0.tar
$ cd Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0
$ tar vxf Reference-Minimal-Image-colibri-imx6.bootfs.tar.xz
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修改其中的?emmcargs_set?參數(shù)。
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env set emmcargs_set 'env set rootfsargs root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=squashfs ro rootwait'
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可以使用該?boot.cmd?直接生成對應(yīng)的?boot.src,?替換解壓目錄中同名文件,?重新打包?Reference-Minimal-Image-colibri-imx6.bootfs.tar.xz
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$ cd Reference-Minimal-Image-colibri-imx6.bootfs
$ rm boot.src
$ mkimage -A arm -O linux -T script -C none -a 0 -e 0 -n "Distro boot script" -d boot.cmd boot.scr
$ cd ..
$ tar cJf Reference-Minimal-Image-colibri-imx6.bootfs.tar.xz -C Reference-Minimal-Image-colibri-imx6.bootfs .
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將?squashfs?的?rootfs?文件系統(tǒng)復(fù)制到?Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0?目錄中庆锦。
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$ cp Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image.rootfs.squashfs Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0
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接下來創(chuàng)建需要復(fù)制到?UserData?分區(qū)中的文件捅位。如上面提到的?overlay?掛載需要有對應(yīng)目錄結(jié)構(gòu)，依次創(chuàng)建以下目錄，并將測試程序?test?復(fù)制到?upper?目錄中艇搀。這里的測試程序?test?是一個非常簡單的?C?應(yīng)用尿扯，它會輸出“Hello Toradex!”到系統(tǒng)日志中。
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$ cd ~/Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0
$ mkdir rootfs
$ cd rootfs
$ mkdir -p home/root/upper
$ mkdir -p home/root/work
$ cp ~/test home/root/upper
$ tree
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打包為?rootfs.tar.xz焰雕。
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$ cd ..
$ sudo tar cJf rootfs.tar.xz -C rootfs .
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修改?image.json?文件衷笋，在blockdevs?中增加?RAW?格式分區(qū)用于直接寫入?squashfs?系統(tǒng)文件，以及?EXT4?格式的DATA分區(qū)用于寫入上面生成的?rootfs.tar.xz矩屁。
Colibri-iMX6_Reference-Minimal-Image-Tezi_5.1.0-devel-20201112022057+build.0?目錄下最終包含以下文件辟宗。
將上面的?BSP?通過?Toradex Easy Installer?重新安裝到?Colibri iMX6?上，安裝的時候注意需要點擊?Erase?擦除?eMMC?上的內(nèi)容吝秕。
燒寫后重啟模塊泊脐。可以通過?mount?命令查看掛載分區(qū)的情況烁峭。
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root@colibri-imx6:~# mount
/dev/mmcblk0p2 on / type squashfs (ro,noatime)
……
/dev/mmcblk0p3 on /media/data type ext4 (rw,relatime,sync)
overlay on /home/root type overlay (rw,relatime,lowerdir=/home/root,upperdir=/media/data/home/root/upper,workdir=/media/data/home/root/work)
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mmcblk0p2?為寫入?squashfs?只讀文件系統(tǒng)的分區(qū)容客，例如在?/etc?目錄無法創(chuàng)建文件。
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root@colibri-imx6:/etc# mkdir test-folder
mkdir: can't create directory 'test-folder': Read-only file system
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EXT4?格式的?/dev/mmcblk0p3?分區(qū)上是用戶文件约郁，被掛載到?/media/data缩挑。而?/home/root?會通過?overlay?具有可讀寫權(quán)限。
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root@colibri-imx6:~# cd ~/
root@colibri-imx6:~# pwd
/home/root
root@colibri-imx6:~# mkdir test-folder
root@colibri-imx6:~# ls
test???????? test-folder
root@colibri-imx6:~# ls -lh
-rwxrwxr-x??? 1 1000???? 1000?????? 11.3K Nov 11? 2020 test
drwxr-xr-x??? 2 root???? root??????? 4.0K Feb? 7 16:25 test-folder
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位于?UserData?上的測試程序?test?也在開機(jī)的時候自動運行鬓梅。
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root@colibri-imx6:~# journalctl -u test-app
-- Logs begin at Fri 2020-02-07 15:50:53 UTC, end at Fri 2020-02-07 16:11:49 UTC. --
Feb 07 15:50:57 colibri-imx6 systemd[1]: Started start a demo on overlay mount folder.
Feb 07 15:50:57 colibri-imx6 test[456]: Hello Toradex!
Feb 07 15:50:57 colibri-imx6 systemd[1]: test-app.service: Succeeded.
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總結(jié)
上面我們演示結(jié)合使用?squashfs?和?overlay供置，將系統(tǒng)文件放在一個只讀分區(qū)，把讀寫操作在單獨的分區(qū)上進(jìn)行绽快。降低系統(tǒng)文件因意外斷電受損從而導(dǎo)致無法啟動的風(fēng)險芥丧。在使用只讀?squashfs?只讀文件系統(tǒng)時需要保證?rootfs?盡量精簡，建議在?Reference-Minimal-Image?基礎(chǔ)上構(gòu)建用戶自己的?BSP谎僻，甚至對其進(jìn)行裁剪娄柳。
