在Linux嵌入式系統中，文件系統和緩存機制常導致數據存儲穩定性問題。本文通過案例分析原因，對比不同文件系統特性，為開發者提供優化建議，助力提升數據穩定性和系統可靠性。

?前言

基于Linux的嵌入式操作系統，由于有文件系統以及緩存的存在，在數據存儲方面的使用注意事項比單片機直接寫存儲器的應用會有更多的要求才能達到數據的穩定可靠。如下都是比較常見的異常：

系統沒有正常關機，導致磁盤出現文件系統錯誤或者變為只讀；

頻繁讀寫數據，文件系統中文件被損壞或者變為只讀；

1. 在讀寫過程中突然斷電，導致文件系統變為只讀。

?案例回顧

先看幾個真實案例：

案例1

有客戶反饋在使用M3354-512LI-F1GT的核心板當中。發現會出現文件系統變成只讀的現象，此時主機就不能正常使用。

案例2

EPC-287C-L ARM9系列核心板，當網關程序和配置信息放在/opt文件夾下面執行一段時間，偶爾出現/opt文件夾下的信息都被清空或者里面權限變為只讀。

案例3

M280工控板在運行一段時間后，/opt目錄下的文件不能編輯，編輯的時候會出現只讀的情況，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的機制問題，解決方式是通過更新ubifs數據分區的格式為yaffs格式。

偶發性的opt目錄只讀問題，暫時沒有好的辦法去解決。一般情況下，建議在對opt分區或者文件系統進行寫操作時，使用sync命令或函數同步數據。由于SLC NandFlash的標準讀寫次數上限為10萬次，因此，不建議太頻繁的進行擦除寫入。

• 硬件上，為了保證產品穩定，建議添加備份電源或者大電容，保證10s左右的續航時間，讓系統有足夠時間去做文件系統同步。

?要點提示

當然，不單只有ubifs文件系統才會出現opt目錄只讀問題，在ext4和yaffs2的文件系統也有出現。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的鏡像，也會直接造成文件系統鏡像損壞。當文件系統出現損壞或錯誤時，操作系統會將其自動掛載為只讀模式，以防止進一步的數據損壞。這是為了保護數據的完整性和安全性。有時，操作系統在引導過程中會自動檢測文件系統錯誤。為了避免這些錯誤進一步擴散，操作系統會將文件系統以只讀模式掛載，以便用戶可以修復錯誤。

還有一種是人為主動將其掛載為只讀模式，將文件系統以只讀模式掛載可以增加系統的安全性，防止未經授權的用戶修改或刪除關鍵文件。特別是在網絡環境中，只讀文件系統可以起到一定的保護作用。可以在發生損壞、錯誤、硬件故障時保護數據的完整性和安全性。

根據應用場景選擇合適的文件系統，能有效減少opt分區變為只讀的概率，提高產品的穩定性。

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

圖1 選擇文件系統考慮的因素

不同的文件系統因為設計理念的不同，在上述因素的實現以及應用場合也是不一樣的。在圖2所列的4種文件系統特性對比中，可以很清楚看到，YAFFS2對內存消耗比較小，但不太適合于經常寫數據的應用，比較適合于存儲靜態數據的應用場景。如果要進行動態數據存儲，建議用戶進行數據寫平衡加強處理。而UBIFS文件系統則相反，對內存消耗較大，能適用于頻繁寫數據的場合，但因為文件系統緩存的原因，在抗掉電能力稍弱，需要在硬件和系統方面做一些補救。

圖2 幾種文件系統的特性對比

簡單歸納一下，在產品設計中一定要根據應用場景來選擇合適的文件系統才能保證產品穩定和數據可靠。不經常寫數據可優先選擇YAFFS2，經常寫數據則應當考慮UBIFS；經常異常掉電，優先選擇YAFFS2，有掉電保護則可選擇UBIFS。