操作系统知识点总结（十七）文件系统知识点总结

磁盘结构

引导控制块(Boot Control Block)包括系统从该分区引导操作系统所需要的信息。如果 磁盘没有操作系统，那么这块的内容为空。它通常为分区的第一块。UFS称之为引导块(Boot Block)； NTFS 称之为分区引导扇区(Partition Boot Sector)。

分区控制块(Partition Control Block)包括分区详细信息，如分区的块数、块的大小、 空闲块的数量和指计、空闲FCB的数量和指针等。UPS称之为超级块(Superblock)；而NTFS 称之为主控文件表(Master File Table)。

内存结构

内存分区表包含所有安装分区的信息。

内存目录结构用来保存近来访问过的目录信息。对安装分区的目录，可以包括一个指向 分区表的指针。

系统范围的打开文件表，包括每个打开文件的FCB复制和其他信息。

单个进程的打开文件表，包括一个指向系统范围内已打开文件表中合适条目和其他信息 的指针。

文件系统实现概述

为了创建一个文件，应用程序调用逻辑文件系统。逻 辑文件系统知道目录结构形式，它将分配一个新的FCB 给文件，把相应目录读入内存，用新的文件名更新该目录 和FCB,并将结果写回到磁盘。图4-32显示了一个典型 的 FCB。
 

图4-32  典型的FCB

一旦文件被创建，它就能用于I/O，不过首先要打开文件。调用open将文件名传给文件 系统，文件系统根据给定文件名搜索目录结构。部分目录结构通常缓存在内存中以加快目录 操作。找到文件后，其FCB复制到系统范围的打开文件表。该表不但存储FCB，也有打开 该文件的进程数量的条目。

然后，单个进程的打开文件表中会增加一个条目，并通过指针将系统范围的打开文件表 的条目同其他域（文件当前位置的指针和文件打开模式等）相连。调用open返回的是一个 指向单个进程的打开文件表中合适条目的指针。所以文件操作都是通过该指针进行。

文件名不必是打开文件表的一部分，因为一旦完成对FCB在磁盘上的定位，系统就不 再使用文件名了。对于访问打开文件表的索引，UNIX称之为文件描述符(File Descriptor)；而Windows 2000称之为文件句柄(File Handle)。因此，只要文件没有被关闭，所有文件操 作通过打开文件表来进行。

当一个进程关闭文件，就删除一个相应的单个进程打开文件表的条目即目录项，系统范 围内打开文件表的打开数也会递减。当打开文件的所有用户都关闭了一个文件时，更新的文 件信息会复制到磁盘的目录结构中，系统范围的打开文件表的条目也将删除。

在实际中，系统调用open会首先搜索系统范围的打开文件表以确定某文件是否已被其 他进程所使用。如果是，就在单个进程的打开文件表中创建一项，并指向现有系统范围的打 开文件表的相应条目。该算法在文件已打开时，能节省大量开销。

混合索引分配的实现

混合索引分配已在UNIX系统中釆用。在UNK SystemV的索引结点中，共设置了 13 个地址项，即iaddr(O)~iaddr(12)，如图4-33所示。在BSD UNIX的索引结点中，共设置了 13个地址项，它们都把所有的地址项分成两类，即直接地址和间接地址。
 

图4-33 UNIX系统的inode结构示意图

1) 直接地址

为了提高对文件的检索速度，在索引结点中可设置10个直接地址项，即用iaddr(O)~iaddr(9)来存放直接地址。换言之，在这里的每项中所存放的是该文件数据所在盘块的盘块 号。假如每个盘块的大小为4KB，当文件不大于40KB时，便可直接从索引结点中读出该文 件的全部盘块号。

2)  一次间接地址

对于大、中型文件，只釆用直接地址并不现实。可再利用索引结点中的地址项iaddr(lO) 来提供一次间接地址。这种方式的实质就是一级索引分配方式。图中的一次间址块也就是索 引块，系统将分配给文件的多个盘块号记入其中。在一次间址块中可存放1024个盘块号， 因而允许文件长达4MB。

3) 多次间接地址

当文件长度大于4MB+40KB（—次间址与10个直接地址项）时，系统还须釆用二次间 址分配方式。这时，用地址项iaddr(11)提供二次间接地址。该方式的实质是两级索引分配方 式。系统此时是在二次间址块中记入所有一次间址块的盘号。在釆用二次间址方式时，文件 最大长度可达4GB。同理，地址项iaddr(12)作为三次间接地址，其所允许的文件最大长度可 达 4TB。