文件目录（文件控制块FCB,目录结构，索引结点）

1.文件控制块（实现文件目录的关键数据结构)

目录文件中的一条记录就是文件控制块（FCB）

FCB的有序集合称为“文件目录”，一个FCB就是一个文件目录项。

1.FCB的组成

• FCB中包含了文件的基本信息（文件名、物理地址、逻辑结构、物理结构等），
• 存取控制信息（是否可读/可写、禁止访问的用户名单等），
• 使用信息（如文件的建立时间、修改时间等)。
• 最重要，最基本的还是文件名、文件存放的物理地址。

FCB 实现了文件名和文件之间的映射。使用户（用户程序）可以实现“按名存取”。

2.需要对目录的操作

1. 搜索:当用户要使用一个文件时，系统要根据文件名搜索目录，找到该文件对应的目录项
2. 创建文件:创建一个新文件时，需要在其所属的目录中增加一个目录项
3. 删除文件:当删除一个文件时，需要在目录中删除相应的目录项
4. 显示目录:用户可以请求显示目录的内容，如显示该目录中的所有文件及相应属性
5. 修改目录:某些文件属性保存在目录中，因此这些属性变化时需要修改相应的目录项(如:文件重命名）

2.目录结构

1.单级目录结构

早期操作系统并不支持多级目录，整个系统中只建立一张目录表，每个文件占一个目录项。

单级目录实现了“按名存取”，但是不允许文件重名。

在创建一个文件时，需要先检查目录表中有没有重名文件，确定不重名后才能允许建立文件，并将新文件对应的目录项插入目录表中。

显然，单级目录结构不适用于多用户操作系统。

2.两级目录结构

早期的多用户操作系统，采用两级目录结构。
分为主文件目录（MFD，Master File Directory）和用户文件目录（UFD，User Flie Directory)

允许不同用户的文件重名。文件名虽然相同，但是对应的其实是不同的文件。

两级目录结构允许不同用户的文件重名，也可以在目录上实现实现访问限制（检查此时登录的用户名是否匹配）。
但是两级目录结构依然缺乏灵活性，用户不能对自己的文件进行分类。

3.多级目录结构（树形目录结构)

1.绝对路径

用户(或用户进程）要访问某个文件时要用文件路径名标识文件,文件路径名是个字符串。
各级目录之间用“/”隔开。
从根目录出发的路径称为绝对路径。

2.相对路径

很多时候，用户会连续访问同一目录内的多个文件（比如:接连查看"2015-08"日录内的多个照片文件),
每次都从根目录开始查找，是很低效的。

因此可以设置一个“当前目录”。

例如，此时已经打开了“照片”的目录文件，也就是说，这张目录表已调入内存，那么可以把它设置为“当前目录”。
当用户想要访问某个文件时，可以使用从当前目录出发的“相对路径”。

在 Linux 中，“.”表示当前目录，因此如果“照片”是当前目录，则"自拍.jpg"的相对路径为:“./2015-08/自拍.jpg”。

4.无环图目录结构

树形目录结构可以很方便地对文件进行分类，层次结构清晰，也能够更有效地进行文件的管理和保护。
但是，树形结构不便于实现文件的共享。为此，提出了“无环图目录结构”。

可以用不同的文件名指向同一个文件，甚至可以指向同一个目录（共享同一目录下的所有内容）。

1.共享计数器

需要为每个共享结点设置一个共享计数器，用于记录此时有多少个地方在共享该结点。
用户提出删除结点的请求时，只是删除该用户的FCB、并使共享计数器减1，并不会直接删除共享结点。

注意:
共享文件不同于复制文件。
在共享文件中，由于各用户指向的是同一个文件，因此只要其中一个用户修改了文件数据，那么所有用户都可以看到文件数据的变化。

3.索引结点(对文件控制块（FCB）的优化)

1.索引结点

1. 当找到文件名对应的目录项时，才需要将索引结点调入内存，索引结点中记录了文件的各种信息，包括文件在外存中的存放位置，根据“存放位置”即可找到文件。
2. 存放在外存中的索引结点称为“磁盘索引结点”，当索引结点放入内存后称为“内存索引结点”。
3. 相比之下内存索引结点中需要增加一些信息，比如:文件是否被修改、此时有几个进程正在访问该文件等。

2.优化效率对比

1. 假设一个FCB是64B，磁盘块的大小为1KB，则每个盘块中只能存放16个FCB。若一个文件目录中共有640个目录项，则共需要占用640/16=40个盘块。因此按照某文件名检索该目录，平均需要查询320个目录项，平均需要启动磁盘20次（每次磁盘I/O读入一块）。
2. 若使用索引结点机制，文件名占14B，索引结点指针站2B，则每个盘块可存放64个目录项，那么按文件名检索目录平均只需要读入320/64=5个磁盘块。显然，这将大大提升文件检索速度。