文件的概念

---------文件的定义：

            文件是操作系统中的一个重要概念。文件是以计算机硬盘为载体存储在计算机上的信息集合，文件可以是文本文档、图片、程序，等等。在系统运行时，

      计算机以进程为基本单位进行资源的调度和分配；而在用户进行的输入、输出中，则以文件为基本单位。大多数应用程序的输入都是通过文件来实现的，

      其输出也保存在文件中，以便信息的长期存储及将来的访问。当用户将文件用于应用程序的输入、输出时，还希望可以访问文件、修改文件和保存文件等，实现

      文件的维护管理，这就需要系统提供一个文件管理系统，操作系统的文件系统就是用于实现用户的这些管理要求。

            从用户的角度看，文件系统是操作系统的重要部分之一。用户关心的是如何命名、分类和查找文件，如何保证文件数据的安全性以及对文件可以进行哪些操作

      等。而对其中的细节，如文件如何存储在辅存上、如何管理文件辅存区域等关心甚少。

            文件系统提供了与二级存储相关的资源的抽象，让用户能在不了解文件的各种属性、文件存储介质的特征以及文件在存储介质上的具体位置等情况下，方便快捷

      地使用文件。

            用户通过文件系统建立文件，提供应用程序的输入、输出，对资源进行管理。首先了解文件的结构，我们通过自底向上的方式来定义：

            （1）、数据项。数据项是文件系统中最低级的数据组织形式，可分为以下两种类型：

                         基本数据项：用于描述一个 对象的某种属性的一个值，如姓名、日期或证件号等，是数据中可命名的最小逻辑数据单位，即原子数据。

                         组合数据项：由多个基本数据项组成。

            （2）、记录。记录是一组相关的数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性，如一个考生报名记录包括姓名、出生日期、报考学校代号、身份证等

                         一系列域。

            （3）、文件。文件是指由创建者所定义的一组相关信息的集合，逻辑上可分为有结构文件和无结构文件两种。在有结构文件中，文件由一组相似记录组成，

                        如报考某学校的所有考生的报考信息记录，又称为记录式文件；而无结构文件则被看成是一个字符流，比如一个二进制文件或字符文件，又称为流式文件。

              虽然上面给出了结构化的表述，但实际上关于文件并无严格的定义。通常在操作系统中将程序和数据组织成文件。文件可以是数字、字母或二进制代码，基本

          访问单元可以是字节、行或记录。文件可以长期存储于硬盘或其他二级存储器中，允许可控制的进程间共享访问，能够被组织成复杂的结构。

-------文件属性：

         文件有一定的属性，这根据系统的不同而有所不同，但是通常都包括如下属性。

         （1）、名称。文件名称唯一，以容易读取的形式保存。

         （2）、标识符。标识文件系统内文件的唯一标签，通常为数字，它是对人不可读的一种内部名称。

         （3）、类型。被支持不同类型的文件系统所使用。

         （4）、位置。指向设备和设备上文件的指针。

         （5）、大小。文件当前大小（用字节、字或块表示），也可包含文件允许的最大值。

         （6）、保护。对文件进行保护的访问控制信息。

         （7）、时间、日期和用户标识。文件创建、上次修改和上次访问的相关信息，用于保护、安全和跟踪文件的使用。

 

           所有文件的信息都保存在目录结构中，而目录结构也保存在外存上。文件信息当需要时再调入内存。通常，目录条件包括文件名臣及其唯一标识符，而

    标识符定位其他属性的信息。

--------文件的基本操作：

          文件属于抽象数据类型。为了恰当地定义文件，就需要考虑有关文件的操作。操作系统提供系统调用，它对文件进行创建、写、读、定位和截断。

          （1）、创建文件。创建文件有两个必要步骤，一是在文件系统中为文件找到空间；二是在目录中为新文件创建条目，该条目记录文件名称、在文件

                    系统中的位置及其其他可能信息。

          （2）、写文件。为了写文件，执行一个系统调动，指明文件名称和要写入文件的内容。对于给定文件名称，系统搜索文件目录以查找文件位置。系统

                   必须为该文件维护一个写位置的指针。每当发生写操作，便更新写指针。

          （3）、读文件。为了读文件，执行一个系统调用，指明文件名称和要读入文件块的内存位置。同样，需要搜索目录以找到相关目录项，系统维护一个

                  读位置的指针。每当发生读操作时，更新读指针。一个进程通常只一个文件读或写，所以当前操作位置可作为每个进程当前文件位置指针。由于

                 读和写操作都使用同一指针，节省了空间也降低了系统复杂度。

         （4）、文件重定位（文件寻址）。按某条件搜索目录，将当前文件位置设为给定值，并且不会读、写文件。

         （5）、删除文件。先从目录中找到要删除文件的目录项，使之称为空项，然后回收该文件所占用的存储空间。

         （6）、截断文件。允许文件所有属性不变，并删除文件内容，即将其长度设为 0 并释放其空间。

           补充：这6个基本操作可以组合到执行其他文件操作。例如，一个文件的复制，可以创建行文件、从旧文件读出并写入新文件。

--------文件的打开与关闭：

            因为许多文件操作都涉及为给定文件搜索相关目录条目，许多系统要求在首次使用文件时，使用系统调用 open ，将指明文件的属性（包括该文件在外存上

       的物理位置）从外存拷贝到内存打开文件目录表的一个表目中，并将该表目的编号（或称为索引）返回给用户。操作系统维护一个包含所有打开文件信息的表

      （打开文件表，open-file table） 。当用户需要一个文件操作时，可通过该表的一个索引指定文件，就省略了搜索环节。当文件不再使用时，进程可以关闭它，

        操作系统从打开文件表中删除这一条目。

            大部分操作系统要求在文件使用之前就被显式打开。操作 open 会根据文件名搜索目录，并将目录条目复制到打开文件表。如果调用 open 的请求（创建、

        只读、读写、添加等）得到允许，进程就可以打开文件，而 open 通常返回一个指向打开文件表中的一个条目的指针。通过使用该指针（而非文件名）进行

       所有的 I / O 操作，以简化步骤并节省资源。

            注意，open 调用完成之后，操作系统对该文件的任何操作，都不再需要文件名，只需要 open 调用返回的指针。 

          整个系统表包含进程相关信息，如文件在磁盘的位置访问日期和大小。一个进程打开一个文件，系统打开文件表就会为打开的文件增加相应的条目。当另一个

    进程执行 open 时，只不过是在其进程打开表中增加一个条目，并指向整个系统表的相应条目。通常，系统打开文件表的每个文件时，还用一个文件打开计数器（Open

       Count ），以记录多少进程打开了该文件。每个关闭操作 close 则使得  Count  递减，当打开计数器为 0 时，表示该文件不再使用。系统将回收分配给该文件的内存空

    间等资源，若文件被修改过，则将文件写回外存，并将系统打开文件表中相应条目删除，最后释放文件的文件控制块（FCB）。

          每个打开文件都有如下关联信息：

         》》文件指针：系统跟踪上次读写位置作为当前文件位置指针，这种指针对打开文件的某个进程来说是唯一的，因此必须与磁盘文件属性分开保存。

         》》文件打开计数器：文件关闭时，操作系统必须重用其打开文件表条目，否则表内空间不够用。因为多个进程可能打开同一个文件，所以系统在删除打开文件条目

                之前，必须等待最后一个进程关闭文件。该计数器跟踪打开和关闭的数量，当该计数为  0 时，系统关闭文件，删除该条目。

         》》文件磁盘位置：绝大多数文件操作都要求系统修改文件数据。该信息保存在内存中，以免为每个操作都从磁盘中读取。

         》》访问权限：每个进程打开文件都需要有一个访问模式（创建、只读、读写、添加等），该信息保存在进程的打开文件表中，以便操作系统能允许或拒绝之后的

                I / O 请求。