操作系统重点快览第六章

第六章 文件系统

文件系统的功能
文件存储空间的管理
目录管理
文件的读写管理
文件的共享和保护
提供友好的接口方便用户使用信息资源

文件逻辑结构
        是指从用户观点出发所看到的文件组织形式，即用户对文件中信息的组织方式，它又称为文件组织。


无结构文件（即字符流式文件）ps：现代OS普遍采用无结构方式
有结构文件（包括顺序文件、 索引文件、 索引顺序文件）
文件物理结构
       文件在存储介质上的存储组织方式，它与文件存储空间的分配策略和存储介质的性能相关。
顺序结构文件（也叫连续文件）
链接结构文件（包括隐式链接和显式链接）(如 MS-DOS)
索引结构文件（包括单级、多级、混合索引结构）(如UNIX\LINUX\MINIX)

逻辑文件与物理文件
逻辑文件指从用户观点出发所看到的文件，如现代OS中的流式文件（也叫无结构文件）。
物理文件是指存放在文件存储器中的文件。
流式文件中信息按字节为单位从0开始编号，此即逻辑地址，它可以转换成逻辑块号，和块内偏移量。
物理文件中每个单元的地址则以物理块号和块内偏移表示，此即物理地址。
逻辑地址到物理地址的转换

文件存储空间的分配方式
连续分配
链接分配：隐式链接分配，显式链接分配
索引分配：单级索引、多级索引、混合索引

文件物理结构的比较

顺序文件：顺序存取效率最高；随机访问也很方便。但文件动态地增长和缩小系统开销很大；文件创建时要求用户提供文件的大小；存储空间浪费较大。
隐式链接文件：克服了连续文件的不足之处，但不适合随机访问，可靠性差。
显式链接文件：能随机访问，但对大文件随机访问性能差。
单级、多级索引：既适合顺序访问，也适合随机访问，但索引表比较浪费文件存储空间。
混合索引：既适合顺序访问，也适合随机访问，比普通索引方式节约存储空间，是一种比较好的文件物理结构。UNIX系统采用混合索引方式。

目录管理的要求

(1)实现“按名存取”。 ←文件系统最基本的目标
(2) 提高对目录的检索速度。 
(3) 文件共享。 
(4) 允许文件重名。 

文件控制块 （FCB）
文件控制块是OS用来存放描述文件、管理文件的文件属性信息（包括文件名、文件的物理地址、文件的长度、文件的存取权限、创建使用的时间等）的数据结构。
文件 = FCB + 文件内容
文件与FCB一一对应
FCB是文件存在的唯一标志
FCB与文件一起存放在文件存储空间中，对文件执行打开操作时，FCB被读入内存

FCB的实现方式：
一个FCB就是一个目录项，目录项的有序集合形成文件目录（如MS-DOS）。
将FCB拆分成文件名和索引结点两部分（如UNIX）
      目录项=文件名+索引结点编号
       一个文件只有一个磁盘磁盘索引结点，但可有多个目录项
引入索引结点的目的
      减少目录文件的内容（长度），从而提高在目录中检索文件的速度。

目录结构
单级目录
两级目录
多级目录（树形目录）ps:目前最常用的目录结构
      根目录、当前工作目录
层次清晰；
 进一步提高目录检索速度；
 文件重名更方便；
 容易实现共享和保护

文件存储空间的管理
空闲表
空闲链表
位示图
成组链接法

文件的共享
基于索引结点的共享（硬链接文件）
        被共享的文件：1个磁盘索引结点（其中的链接计数为N），N个目录项，若干个存放文件的数据盘块；
        链接计数保证被共享的文件不会被文件主删除，因此系统不会出现链接失效的情况。
基于符号链的共享（符号链接文件）
       符号链文件：1个磁盘索引结点（其中的链接计数为1），1个目录项，1个存放文件内容的数据盘块（文件的内容为被共享文件的路径名）
        被共享的文件： 1个磁盘索引结点（其中的链接计数为1或X），1个或X个目录项，若干个存放文件内容的数据盘块