镜像、分区和文件系统 - .img 到底是什么

前言：它不是一个文件夹压缩包

很多人第一次接触 .img 时，会下意识把它当成压缩包。这也很正常。因为我们平时看到 .zip、.tar.gz，里面都是一堆文件；看到 rootfs.tar.gz，也确实可以解开得到一个根文件系统目录。

但这里的 imx6ull-aes-sd.img 或 imx6ull-aes-emmc.img 不是这种东西。

它不是“把 boot 目录和 rootfs 目录压成一个包”。它更像是把一整张 SD 卡从第 0 字节开始复制成了一个普通文件。

换句话说：

.tar.gz 关心的是文件。
.img 关心的是整块盘的字节布局。

理解了这一点，后面很多命令就不奇怪了。sfdisk -d xxx.img 能看分区表，是因为这个 .img 里面真的有分区表。dd 能把它写进 SD 卡，是因为它本来就是按整盘布局生成的。

如果你还不确定 .img、.iso、.tar.gz、rootfs.ext4 这些常见后缀彼此什么关系，可以配合 常见打包与镜像格式 横向对比着看。

从整盘到文件：中间有几层

我们先用一个层级把概念摆正：

整盘设备
└── 分区表
    ├── 分区 1
    │   └── 文件系统
    │       ├── zImage
    │       └── imx6ull-aes.dtb
    └── 分区 2
        └── 文件系统
            ├── /bin
            ├── /etc
            └── /lib

这几层不要混：

整盘设备是一块完整存储，例如一张 SD 卡，或者一颗 eMMC。分区表记录这块盘上有哪些分区，每个分区从哪里开始，到哪里结束。

分区是一段连续的存储范围。文件系统是在分区里面组织文件的一套格式，比如 ext4。文件才是我们平时能 ls、cp、cat 的东西，比如 zImage、.dtb、/etc/inittab。

如果把这几层混了，就会出现很典型的误会：以为把 u-boot-dtb.imx 拷进 boot 分区，板子下次上电就会从它启动。实际上不会，因为项目里的 U-Boot 不属于 boot 分区里的普通文件。

MBR 是做什么的

MBR 可以先简单理解成一种老派但够用的分区表格式。

它放在整盘的开头，告诉系统：

第 1 个分区从哪个扇区开始，有多大
第 2 个分区从哪个扇区开始，有多大
每个分区是什么类型
哪个分区带 bootable 标记

当前镜像脚本会写一个 DOS/MBR 风格的分区表。你用下面命令看镜像：

sfdisk -d out/release-latest/images/imx6ull-aes-emmc.img

能看到类似：

label: dos
unit: sectors

...img1 : start=32768, size=131072, type=83, bootable
...img2 : start=163840, size=..., type=83

这里 start=32768 的意思是第 1 个分区从第 32768 个扇区开始。一个扇区按 512 字节算，正好是 16 MiB。

这就是为什么 .img 可以被 sfdisk 读懂。它虽然是一个普通文件，但文件开头的内容按整盘格式写好了。

boot 分区和 rootfs 分区

当前镜像里有两个分区。

第 1 个是 boot 分区。它放启动 Linux 需要的普通文件：

zImage
imx6ull-aes.dtb
boot.cmd

zImage 是 Linux 内核镜像。.dtb 是设备树，告诉内核这块板子的硬件长什么样。boot.cmd 记录脚本为这个镜像生成的启动命令。

第 2 个是 rootfs 分区。Linux 内核启动后，会把它挂载成 /：

/
├── bin
├── etc
├── lib
└── ...

这就是用户空间。BusyBox、init 脚本、配置文件、你后续放进去的应用，都会在 rootfs 里。

所以启动链路里有一个很自然的顺序：

U-Boot 读取 boot 分区里的 zImage 和 DTB
Linux 内核启动
Linux 挂载 rootfs 分区作为根目录
进入用户空间

文件系统是什么

分区只是“一段空间”。要在这段空间里放文件，还需要文件系统。

当前脚本把 boot 分区和 rootfs 分区都做成 ext4。这样 U-Boot 可以用 ext4load 读取内核和设备树，Linux 也能直接挂载 rootfs。

ext4 文件系统负责回答这些问题：

这个目录里有哪些文件？
这个文件的数据块在哪里？
这个文件权限是什么？
软链接指向哪里？

也就是说，zImage 能以文件形式存在，是因为 boot 分区里面有 ext4 文件系统。/etc/inittab 能被 cat，也是因为 rootfs 分区里面有 ext4 文件系统。

脚本用 mke2fs -d 生成 ext4 文件系统镜像，这样可以把一个目录直接灌进文件系统里，不需要 sudo mount。后面脚本拆解章节会细讲这件事。

U-Boot raw 区域不是普通文件

现在回到最容易混的地方：U-Boot。

项目里的 u-boot-dtb.imx 不放在 boot 分区里作为普通文件启动。镜像脚本会把它写到整盘偏移 1 KiB 的位置：

offset 1 KiB -> u-boot-dtb.imx

这段区域在分区前面，属于 raw disk 区域。

raw 的意思可以先理解成：不经过文件系统，直接按字节或扇区写。这里没有文件名，也没有目录。你不能在 Linux 挂载 boot 分区后 ls 出“1 KiB 偏移处的 U-Boot”。它不在文件系统里。

这就是为什么我们要区分：

zImage / DTB：boot 分区里的普通文件
u-boot-dtb.imx：整盘 raw 区域里的启动镜像

把 zImage 拷到 boot 分区，是文件操作。

把 u-boot-dtb.imx 写到 1 KiB，是 raw 写盘操作。

这两件事不在同一层。

为什么 sfdisk 能看 .img

sfdisk 不是只能看真实磁盘。只要一个文件的内容按“整盘布局”组织，它也能读。

所以这条命令：

sfdisk -d out/release-latest/images/imx6ull-aes-sd.img

本质上是在问：

这个文件开头有没有我认识的分区表？
如果有，每个分区从哪里开始，有多大？

它不会挂载分区，也不会读 ext4 里的文件。它只是读分区表。

如果你想看文件系统层面的信息，可以用更偏文件系统的工具，比如：

dumpe2fs -h boot.ext4
debugfs -R 'ls -l /' boot.ext4

这些命令的层次就不一样了。sfdisk 看整盘分区表，dumpe2fs 和 debugfs 看 ext4 文件系统。

为什么完整镜像要写整盘

现在就能解释上一章那句话了。

完整 .img 里面同时包含：

整盘前面的 raw U-Boot
整盘前面的 MBR 分区表
第 1 分区的 ext4 文件系统
第 2 分区的 ext4 文件系统

所以它必须从目标设备的第 0 字节开始写。

写到整盘设备：

of=/dev/sdb

意思是把这些层级完整放回一张真实 SD 卡。

写到分区设备：

of=/dev/sdb1

意思是把整盘布局塞进第 1 个分区内部。这样外层分区表、raw U-Boot 位置都不对。

这也是为什么很多教程会反复强调：看清楚 lsblk，确认目标是 disk，不是 part。

小结

这一章把 .img 拆成了几层：

整盘
→ 分区表
→ 分区
→ 文件系统
→ 文件

zImage、DTB、rootfs 里的内容，都是文件系统里的普通文件。U-Boot 则写在整盘前面的 raw 区域，不属于 boot 分区。

下一章我们先把常见的打包和镜像格式横向梳理一遍，把 .img、.iso、.tar.gz、rootfs.ext4 这些后缀的关系理顺。之后再进入 i.MX6ULL 的启动链路。

下一步： 阅读 03_common_image_and_archive_formats.md，把常见格式分门别类。