第七章 文件管理（三）——目录管理

对文件实施有效的管理，必须对它们加以妥善组织，主要是两大操作：
1.基本信息记录(FCB,目录项)
2.方便检索、管理（目录操作）
目录管理的要求如下：
实现“按名存取”；（最基本功能）
提高对目录的检索速度；
文件共享；
允许文件重名。

文件控制块
为了能对一个文件进行正确的存取，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，称之为“文件控制块”（FCB）
文件与文件控制块一一对应
记录文件名及其存放地址、文件的说明和控制信息。（是谁？在哪里？什么权？）
文件管理程序借助于文件控制块中的信息对文件施以各种操作。

把文件控制块的有序集合称为文件目录，即一个文件控制块就是一个目录项。通常一个文件目录也被看作是一个文件，称为目录文件。

FCB内容：
在文件控制块中，通常含有以下三类信息。
1.基本信息类：包括文件名，文件物理位置，文件逻辑结构，文件的物理结构。
2.存取控制信息类：包括文件主的存取权限，核准用户的存取权限和一般用户的存取权限。
3.使用信息类：建立日期和时间、文件上次修改的日期和时间
当前使用信息：打开该文件的进程数、是否被进程锁住、是否已修改等。

关于文件检索的速度：
文件FCB组成的“目录”文件存放于磁盘；需要时，要从磁盘将目录内容调入内存进行检索和使用。
如果目录占用5个盘块，则至多需启动5次磁头读写，如何提高检索速度？

索引节点：
索引结点的引入：
1.文件目录占越大量的盘块，需进行的磁盘读写开销越大。减少实际检索的信息量就减少移动磁头的开销，提高速度；
2.目录一般是按名检索。而直到找到正确文件前，只关心文件名，不需要其它的文件描述信息，目录中这部分内容的调入不是必须的。
所以：将文件名、文件具体信息分开，使文件描述信息单独形成一个索引结点。

索引结点由外存到内存的过程中有不同的形式：
磁盘索引结点：存放在磁盘上的索引结点。
主要包括以下内容：文件主标识符、文件类型、文件存取权限、文件物理地址、文件长度、文件连接计数、文件存取时间。
内存索引结点：文件被打开后，将磁盘索引结点拷贝到内存索引结点中以便使用。
比磁盘索引结点增加了以下内容：索引结点编号、状态、访问计数、文件所属文件系统的逻辑设备号、链接指针。

目录结构
目录结构的组织，关系到文件系统的存取速度，也关系到文件的共享性和安全性。组织好文件的目录，是设计好文件系统的重要环节。
目前常用的目录结构形式有
一。单级目录
最简单的目录结构。
整个文件系统中只建立一张目录表，每个文件一个目录项，含有文件相关信息。
每建立一个新文件：先检索所有的目录项，保证文件名唯一。获得一空白目录项，填入相关信息，修改状态位（表明每个目录项是否空闲）。
删除一个文件：找到对应目录项，回收文件所占用空间，清除目录项
优点：
简单、能实现目录管理的基本功能——按名存取。
缺点：
文件检索时需搜遍整个目录文件，范围大速度慢。
不允许重名。名字过多难于记忆，对于多用户环境重名难以避免。
不便于实现文件共享（因为不能重名，不同用户使用的共享文件必须不同名字，标识哪些用户共享文件也不方便），一般只适用单机环境。

二。两级目录
为每一个用户建立一个单独的用户文件目录UFD，UFD由用户所有文件的文件控制块组成。系统建立一个主文件目录MFD， MFD中每个用户目录文件都占有一个目录项，其中包括用户名和指向UFD的指针。

基本克服了单级目录的缺点，并具有以下优点：
1.提高了检索目录的速度。
2.在不同的目录中可重名。
3.不同用户还可以使用相同/不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。
不提供子目录操作，还不方便；各用户之间被完全隔离的话用户访问其他用户文件时，不方便合作。

三。多级目录
适用于较大的文件系统管理。又称为树状目录(tree-like)
在文件数目较多时，便于系统和用户将文件分散管理。
层次结构更清晰、提供更灵活的权限管理等
但目录级别太多时也会增加路径检索层次，增加磁盘访问时间。

目录查询技术
用户要访问一个已存文件
目录数据调入内存；
按名检索：系统利用提供的文件名对目录(根据目录层次，需要做的检索次数也不同)进行查询
找该文件控制块
读FCB或对应索引结点；
从文件物理地址换算出文件在磁盘上的物理位置；
最后通过磁盘驱动程序，将所需文件读入内存。
目录查询方式：线性检索法和Hash方法。

线性检索法：
又称为顺序检索法。
单级目录中
用户提供文件名，顺序查找文件目录。
树型目录中
用户提供路径名，如/user/ast/mbox
对多级目录进行逐层查找。

Hush方法：
曾介绍的Hash文件。
如果建立了一张Hash索引文件目录，便可利用Hash方法进行查询
系统将用户提供的文件名变换为文件目录的索引值，再利用该索引值到目录中去查找，将显著的提高检索速度。
对于使用通配符的文件名系统无法利用Hash法检索目录，还是需用线性查找法。