cramfs を読む

cramfs は読み取り専用のファイルシステムで、linux 界によって創造された。

小規模なファイルを扱うことに特化しており、さらにデータは圧縮される。ブータブル CD や組み込み機器向けによく利用されているようだ。

一般的なファイルシステムの持つ機能をばっさり省き、最低限の機能しかもっていないが、目的に一致するならばとても有用な選択となる。

当文書は、引用されたものを除いてとする。

cramfs の特徴

ボリュームは最大 256 MiB + α。
1ファイルあたり最大 16 MiB 未満。
GID が0 から 255 まで。
通常 GID は16ビットなので、上位8ビットが欠落する。このことはセキュリティリスクとなるとの注意書きかある。
ファイル名は最大 252 文字。
シンボリックリンクはサポートされるが、ハードリンクはサポートされない。
でぃれくとりえんとりちゅうに inode がかくのうされるため。
ただし、実データが同じものは同じ場所を指すことが出来る。
inode は作成日時や更新日時を持たない。
ファイルデータは『ページ』に分割して格納される。ページサイズは 4096 バイトで固定?

cramfs のバイトオーダー

cramfs の バイトオーダーは定義されていない (!)。「作成と利用は同じアーキテクチャでやってね!」的な発想のようだ。

もっともスーパーブロックのマジックナンバーで判断可能である。

内部構造

+========================================+
|  スーパーブロック                      |
+========================================+
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
|  ファイルデータやディレクトリエントリ  |
+========================================+

データはブロック単位で扱われるものと思いきや、バイト単位であった。

ひとつのディレクトリエントリやファイルデータは必ず連続したものであり、断片化は発生のしようがない。

スーパーブロック

スーパーブロックは多くのファイルシステムと同じく、ファイルシステムの識別情報がまとめてある部分である。

(cramfs-1.1/linux/cramfs_fs.h から引用)

cramfs-1.1/linux/cramfs_fs.h

struct cramfs_super {
u32 magic; /* 0x28cd3d45 - random number /
u32 size; / length in bytes /
u32 flags; / feature flags /
u32 future; / reserved for future use /
u8 signature[16]; / "Compressed ROMFS" /
struct cramfs_info fsid; / unique filesystem info /
u8 name[16]; / user-defined name /
struct cramfs_inode root; / root inode data */
};

先に述べたように、バイトオーダーの判断を magic で確認するべきである。

inode

(cramfs-1.1/linux/cramfs_fs.h より引用)

cramfs-1.1/linux/cramfs_fs.h

struct cramfs_inode {
u32 mode:CRAMFS_MODE_WIDTH, uid:CRAMFS_UID_WIDTH;
/* SIZE for device files is i_rdev /
u32 size:CRAMFS_SIZE_WIDTH, gid:CRAMFS_GID_WIDTH;
/ NAMELEN is the length of the file name, divided by 4 and
rounded up. (cramfs doesn't support hard links.) /
/ OFFSET: For symlinks and non-empty regular files, this
contains the offset (divided by 4) of the file data in
compressed form (starting with an array of block pointers;
see README). For non-empty directories it is the offset
(divided by 4) of the inode of the first file in that
directory. For anything else, offset is zero. */
u32 namelen:CRAMFS_NAMELEN_WIDTH, offset:CRAMFS_OFFSET_WIDTH;
};

見てわかるように 12 バイトしか使わない。

ビット割り当てがどうなっているのかを見るために、定数を見てみる。

(cramfs-1.1/linux/cramfs_fs.h より引用)

cramfs-1.1/linux/cramfs_fs.h

#define CRAMFS_MODE_WIDTH 16
#define CRAMFS_UID_WIDTH 16
#define CRAMFS_SIZE_WIDTH 24
#define CRAMFS_GID_WIDTH 8
#define CRAMFS_NAMELEN_WIDTH 6
#define CRAMFS_OFFSET_WIDTH 26

構造体の気をつけたいところはビットフィールドを用いていることと、namelen と offset が 4 で割られ端数は切り上げられている点だ。

ディレクトリエントリ

ディレクトリエントリには inode と名前が格納される。このディレクトリエントリは 圧縮されない。

名前は inode の直後に4バイト単位に NUL 拡張されて格納される。

ただし、自身と親ディレクトリエントリを示す『.』『..』は格納されない。

+============================
| ディレクトリエントリ
|
|   +=======+======+
|   | inode | 名前 |
|   +=======+======+
|   | inode | 名前 |
|   +=======+======+
|   / ............ /
|   +=======+======+
|
+============================

ファイルデータ

ファイルデータは『ページ』という単位にして連続して格納される。このページのデータは zlib ヘッダ付きで deflate によって つねに 圧縮されている。

各ページの開始位置はひとまとめにされて第1ページの前、つまりはファイルデータブロックの最初に配置される。このページ位置は32ビット整数値で、そのインデックスに対するページはどこまで読めばよいのかを示している。

ページデータの各終端位置はひとつうしろのページ位置に等しい。第1ページの開始位置はページインデックスの直後となるので、すでにわかっている。

これでページデータを読むのに必要な情報がそろったので、ファイルデータを読むことができる。

ファイルデータ配置

+=======================+ ページインデックスの開始位置 = ファイルデータの開始位置
| ページインデックス    |  <-- 4バイト×ページ数
+=======================+ ページ[0]の開始位置 = ページインデックスの終端位置
| ページデータ (任意長) |
+=======================+ ページ[1]の開始位置 = ページ[0]の終端位置
| ページデータ (任意長) |
+=======================+ ページ[2]の開始位置 = ページ[1]の終端位置
| ページデータ (任意長) |
+=======================+ ページ[3]の開始位置 = ページ[2]の終端位置 ≦ (ファイルデータ開始位置 + ファイルデータサイズ)

参考文献

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