ROMFS文件系統(tǒng)分析［三］ROMFS映像文件結(jié)構(gòu)

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                   前面說(shuō)了我們使用genromfs工具可以生成romfs文件系統(tǒng)，那其生成的映像的格式是什么？這就要探究romfs文件系統(tǒng)的本質(zhì)了。
1.romfs映像結(jié)構(gòu)使用genromfs生成的romfs格式映像中，文件或者目錄是順序存放，每個(gè)文件頭對(duì)齊在16字節(jié)邊界上，基本結(jié)構(gòu)如圖：

   romfs映像開(kāi)始16字節(jié)對(duì)應(yīng)struct romfs_super_block結(jié)構(gòu)體，接下來(lái)為romfs映像的卷標(biāo)。上圖所示情況為卷標(biāo)小于16字節(jié)，如果卷標(biāo)大于16字節(jié)，則順序存放在romfs_super_block之后，并且對(duì)齊在16字節(jié)邊界上。緊隨卷標(biāo)之后的就是第一個(gè)文件的文件頭romfs_inode結(jié)構(gòu)，共16字節(jié)，之后就是文件名，也是16字節(jié)對(duì)齊，然后才是文件內(nèi)容。其中在每個(gè)文件的文件頭中的前4字節(jié)（不包括低4位）為下一個(gè)文件頭在romfs映像中的偏移。romfs正是這樣將整個(gè)文件組織在一起的。下面分別看romfs_super_block和romfs_inode結(jié)構(gòu)。
1.1 romfs超級(jí)塊結(jié)構(gòu)在linux內(nèi)核中，romfs超級(jí)塊結(jié)構(gòu)定義在include/linux/romfs_fs.h中，源代碼為:
               
               
               
               
                /* On-disk "super block" */
struct romfs_super_block {
        __be32 word0;
        __be32 word1;
        __be32 size;
        __be32 checksum;
        char name[0];           /* volume name */
};
(1)word0和word1   word0和word1的值是固定的，分別為"-rom"和"1fs-"，是用來(lái)識(shí)別romfs文件系統(tǒng)的。這兩個(gè)值被定義在內(nèi)核中：
#define ROMSB_WORD0 __mk4('-','r','o','m')
#define ROMSB_WORD1 __mk4('1','f','s','-')
(2)size域size域表示romfs映像可訪(fǎng)問(wèn)的大小。也就是最后一個(gè)文件的結(jié)束位置（以16字節(jié)對(duì)齊），比如：
niutao@niutao:~/romfs$ ls -l romtest
total 4
-rw-r--r-- 1 niutao niutao 44 2009-04-08 20:15 len.c
niutao@niutao:~/romfs$ genromfs -f rom.img -d romtest/ -v -V niutao
0    niutao               [0xffffffff, 0xffffffff] 37777777777, sz     0, at 0x0     
1    .                    [0x80e     , 0x18aada  ] 0040755, sz     0, at 0x20   
1    ..                   [0x80e     , 0x18aac6  ] 0040755, sz     0, at 0x40     [link to 0x20    ]
1    len.c                [0x80e     , 0x18aadb  ] 0100644, sz    44, at 0x60   
niutao@niutao:~/romfs$
對(duì)于上面生成的rom.img映像，在rom.img內(nèi)最后一個(gè)文件為len.c，其文件頭偏移為0x60，文件名為len.c（小于16字節(jié)），文件大小為44字節(jié)，由此我們可以計(jì)算出該rom.img可訪(fǎng)問(wèn)的大小為：
size = (0x60 + 16 + 16 + 44 ) / 0x10  * 0x10 + 0x10 = 0xb0
第一個(gè)16表示文件頭（struct romfs_inode結(jié)構(gòu)）的大小，第二個(gè)16表示文件名占用的長(zhǎng)度。下面我們使用file命令驗(yàn)證計(jì)算是否正確：
niutao@niutao:~/romfs$ file rom.img
rom: romfs filesystem, version 1 176 bytes, named niutao.
niutao@niutao:~/romfs$
可以看到文件可訪(fǎng)問(wèn)大小正是b0字節(jié)（176 bytes）。當(dāng)然最好還是直接查看romf.img超級(jí)結(jié)構(gòu)中size的值（位于rom.img偏移0x8處）：

可以看到其值正是0x000000b0。
    從size的定義我們可以看到，其為_(kāi)_be32(unsigned int)，所以理論支持的romfs映像最大為4G
(3)checksum域   接下來(lái)是checksum域。該域是用于校驗(yàn)文件的。使用的算法為checksum算法。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一種數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式，早期用于數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)數(shù)據(jù)正確性的校驗(yàn)，其基本思想是將要校驗(yàn)的數(shù)據(jù)加起來(lái)作為校驗(yàn)碼，和數(shù)據(jù)一并發(fā)送給對(duì)方，在對(duì)方接收完數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)加起來(lái)和傳輸過(guò)來(lái)的校驗(yàn)碼比較，如果相等，則說(shuō)明數(shù)據(jù)是正確的，否則說(shuō)明傳輸錯(cuò)誤。可見(jiàn)這種校驗(yàn)方式是及其簡(jiǎn)單的。那么在romfs中是如何使用的呢？
   在romfs中，使用checksum算法校驗(yàn)的數(shù)據(jù)最大為512字節(jié)，這一點(diǎn)可以從romfs_fill_super函數(shù)的這段代碼看出：
if (romfs_checksum(rsb, min_t(int, sz, 512))) {
       printk ("romfs: bad initial checksum on dev "
                      "%s.\n", s->s_id);
       goto out;
}
比如我們現(xiàn)在要對(duì)romfs_super_block校驗(yàn)，是將該結(jié)構(gòu)的所有數(shù)據(jù)每四字節(jié)轉(zhuǎn)化成整形，然后加起來(lái)，看其是否為0。如果為0，則說(shuō)明數(shù)據(jù)正確，否則則發(fā)生了錯(cuò)誤。那怎樣保證該結(jié)構(gòu)的所有數(shù)據(jù)加起來(lái)就是0呢？這個(gè)就是通過(guò)checksum域調(diào)整的。我們知道要生成romfs映像，則需使用genromfs工具。該工具在生成romfs映像的時(shí)候，就計(jì)算好的了校驗(yàn)和。假如我們現(xiàn)在是要對(duì)romfs_super_block生成校驗(yàn)碼（checksum域的值），我們首先將該結(jié)構(gòu)的這一項(xiàng)設(shè)置為0，然后使用checksum算法將要校驗(yàn)的數(shù)據(jù)（romfs_super_block結(jié)構(gòu)）加起來(lái)，取其負(fù)數(shù)，賦值給checksum域。這樣再使用checksum算法將romfs_super_block結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)加起來(lái)，則結(jié)果必然為0。
    具體計(jì)算過(guò)程可以參見(jiàn)genromfs源碼的romfs_checksum函數(shù)和fixsum函數(shù)。這里還要說(shuō)明的一點(diǎn)是，對(duì)于romfs映像頭（romfs_super_block），其校驗(yàn)和是針對(duì)前512字節(jié)的（如果romfs可訪(fǎng)問(wèn)的大小沒(méi)有512字節(jié)(romfs_super_block->size checksum)是針對(duì)文件頭和文件名的校驗(yàn)和。
(4)name域   接下來(lái)的name域被定義為char name[0]，如果我們使用sizeof(struct romfs_super_block)，會(huì)發(fā)現(xiàn)name域不占空間，這樣寫(xiě)的好處是我們可以直接使用romfs_super_block->name來(lái)訪(fǎng)問(wèn)volume。但我們?yōu)槭裁床恢苯訉�volume也作為romfs_super_block的一個(gè)域呢？一個(gè)原因是volume是一個(gè)長(zhǎng)度不固定的域，你可以給他任意長(zhǎng)度，如果放在romfs_super_block中，則勢(shì)必要對(duì)volume有一個(gè)限制，這樣就限制了整個(gè)文件系統(tǒng)的靈活性。另一個(gè)原因是由前一個(gè)原因直接導(dǎo)致的，也就是如果將其作為romfs_super_block的一個(gè)域，其勢(shì)必會(huì)有固定長(zhǎng)度，這樣在volume很短的使用，就造成了空間的浪費(fèi).


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