《操作系统》课程笔记（Ch10-文件系统）

文件概念

属性

• 文件名
• 文件ID（唯一标记）
• 类型
• 位置
• 大小
• 保护策略（读、写、执行控制）
• 时间、日期、用户标记

相关结构

• 文件控制块FCB

  用于存储与文件相关的信息，与文件一一对应。通常包含文件权限、日期、所有者、大小、数据块的指针。

  

• 文件目录

• inode

  UNIX中，每一个文件有对应的inode，里面包含文件的信息，与FCB类似。系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。

文件操作

• 打开

  打开文件时，需要记录有关信息：

  • 文件指针
  • 文件的打开计数
  • 磁盘位置
  • 访问权限

  有的操作系统提供锁功能，来避免边写边读，导致值不可复现错误：

  • 共享锁：类似于读者锁，多个进程可以并发获取
  • 独占锁：类似于写者锁，一次只有一个进程可以获取

• 关闭

• 存取

  • 顺序访问

    从头到尾访问

  • 直接访问

    从某点切入访问

  • 借助索引访问

盘和目录结构

磁盘可以进行分区；盘或者分区可以通过RAID进行保护；包含文件系统的分区通常称为卷。

目录可以视为文件名称构成的符号表。

• 单级目录

  最简单的目录，所有文件都在同一目录中，按名访问，文件必须有唯一的名称

• 两级目录

  

  每个用户有自己的UFD。用户搜索文件时，只搜索自己的UFD，解决了名称碰撞。但是这种隔离性让用户之间进行合作变得困难。

• 树形目录

  使得用户可以创建自己的子目录并相应地组织文件

  

• 无环图目录

  不同目录可以拥有同一个文件或目录，允许用户之间共享子目录和文件

  

  虚悬指针问题：如果一个用户删除了该文件，而另一个用户不知道

  • 解决方法：可以采用引用计数方案。

    设文件F1的当前引用计数值为1，先建立F1的符号链接文件F2，再建立F1的硬链接文件F3，然后删除F1。此时，F2和F3的引用计数值分别是？

    硬链接：新文件和被链接文件指向同一个节点，引用计数值加1。当删除被链接文件时，引用计数值减1，直到引用计数值为0时，才能真正删除文件。
    软链接：又叫符号链接，新文件中只包含了被链接文件的路径名，和被链接文件指向不同的节点。建立软链接文件时，文件的引用计数值不会增加。当被链接文件删除时，新文件仍然是存在的，只是不能通过新文件访问被链接文件。因此删除软链接时，引用计数值不变化。
    因此，在本题中，当建立F2时，F1和F2的引用计数值都为1。当再建立F3时，F1和F3的引用计数值就都变成了2。当后来删除F1时，F3的引用计数值为2-1=1。F2的引用计数值仍然保持不变。

• 通用图目录

  在添加链接时，可能破坏树形结构，形成有环的图。

  • 如何避免重复搜索环？可以限制搜索访问次数。
  • 如何解决自我引用导致的引用计数不降到0问题？可采用垃圾收集方案，两次遍历文件系统，确定可回收空间，但极为耗时。

挂载

文件系统被访问前，需要先被挂载在挂载点上。

• mount
• unmount

文件共享

• 在多用户系统中，可以通过用户ID和组ID进行访问权限控制
• 在远程文件系统中，可以使用FTP、DFS（分布式文件系统）、WWW（万维网）、C/S架构
• 支持共享的文件系统要考虑一致性语义，即如何处理多用户对文件的视图（一起变动，还是不立即可见？）

保护

文件需要进行访问权限控制。许多系统使用三种用户类型：所有者、组、其他，提供读、写、执行三种权限控制，这样共计3*3=9位控制点，每种类型3位，可用一个八进制数表示。