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一组有意义的信息的集合
属性
文件名、标识符、类型、位置、大小、创建时间、上次修改时间、文件所有者信息、保护信息
操作系统向上提供的功能
创建文件、删除文件、读文件、写文件、打开文件、关闭文件 这6个都是系统调用
创建文件
创建文件时调用Create系统调用…定义
一组有意义的信息的集合
属性
文件名、标识符、类型、位置、大小、创建时间、上次修改时间、文件所有者信息、保护信息
操作系统向上提供的功能
创建文件、删除文件、读文件、写文件、打开文件、关闭文件 这6个都是系统调用
创建文件
创建文件时调用Create系统调用 首先在外存中找到文件 先在外存找到所需的空间通过空闲链表法、位示图、成组链接法等管理策略找到空闲空间 然后在文件存放路径的信息找到该目录对应的目录文件在目录中创建该文件对应的目录项
删除文件
根据文件存放路径找到相应的目录文件从目录中找到文件名对应的目录项 根据目录项提供的外存地址根据空闲表法、空闲链表法等回收文件占用的磁盘块 从目录表中删除文件对应的目录项
打开文件 删除文件 根据文件存放路径找到相应的目录文件从目录中找到文件名对应的目录项检查用户对文件的操作权限 将目标项复制到内存中的“打开文件表”中并将对应表目的编号返回给用户用户使用打开文件表的编号来指明要操作的文件 系统将读指针指向的外存中将用户指定大小的数据读入用户指定的内存区域中
读文件
系统使用read系统调用完成写操作需要指定哪个文件(打开文件表中的索引号)和读入多少数据指明读入的数据要放在内存中的什么位置 系统从用户指定的内存区域中将指定大小的数据写回写指针指向的外存
写文件
执行文件和写出数据大小写回外存的数据放在内存的什么位置
文件存储
操作系统以块为单位分配存储空间块等大常包含2的整数幂个地址外存也是由一个个存储单元组成每个存储单元对应一个物理地址
逻辑结构
文件内组织结构 无结构文件如文本文件由一些二进制或字符流组成又称流式文件 有结构文件如数据库表由一组组相似的记录组成又称记录式文件记录是一组相关数据项的集合
根据记录长度又可分为定长记录和不定长记录
文件间组织结构 目录、文件目录内可以有目录和文件
根据有结构文件中的各条记录在逻辑上如何组织可以分为三类顺序文件、索引文件、索引顺序文件
顺序文件
文件中的记录一个接一个顺序排列 又可细分为串结构和顺序结构前者记录间顺序与关键字无关后者则按关键字顺序排序 链式存储不支持随机存取 而顺序存储时可变长记录则不支持随机存取定长则可以
定长且顺序存储可实现随机存取若再保证顺序结构即可快速检索
索引文件
对于可变长记录文件需要顺序查找 因此通过索引表索引表本身是定长记录的顺序文件可快速找到对应的索引项
索引顺序文件
每个记录对应一个索引表项因此索引表可能会很大可能索引表比文件内容本身都大因此改良为一个索引表项对应一组记录但速率仍不够快
多级索引顺序文件就是最终改良加入有10^6个组以100个为1组形成顶级索引表次级索引表依次类推
文件目录实现
文件控制块FCB的有序集合称为文件目录一个FCB就是一个文件目录项FCB内包含了文件的基本信息、存取控制信息、使用信息最主要为文件名和存放的物理地址
目录结构
单级目录结构、两级目录结构
多级目录结构(树型结构)
绝对路径为/目录1/…/文件名为避免每次都低效地从根目录开始查找 因此引入当前目录和相对路径即当前已经处于目录2就代表目录2的结构表已经载入内存中无需再从目录1开始寻找文件的地址用根目录从目录2开始的相对路径
但多级目录结构不利于文件共享
无环图目录结构 通过添加共享计数器记录共享结点的数量且由于都指向同一个文件所有用户都可看到文件数据的变化
索引结点FCB瘦身
现在的PCB除了文件名和物理位置外有许多冗余信息如存取权限等而FCB主要是通过文件名匹配读出文件其他信息因此可以通过索引结点机制为FCB瘦身通过文件名匹配索引结点指针指针指向文件名外的所有信息
物理结构
操作系统管理磁盘块涉及两类非空磁盘块和空闲磁盘块
非空闲磁盘块
文件数据获得分配存储空间的方式有三种连续分配、链接分配、索引分配
磁盘中的存储单元也会被分为一个个块/磁盘块/物理块磁盘块与内存块、页面等大
内存与磁盘间的数据交换都是以块为单位进行的每次读入写出都为一块 由于外存管理是以块为单位因此文件的逻辑地址空间被分为一个个的文件块与内存相似地也可分为(逻辑块号、块内地址)
连续分配
每个文件在磁盘上占有一组连续的块用户通过逻辑地址操作文件 (逻辑块号、块内地址)—(物理块号、块内地址) 物理块号 起始块号 逻辑块号 而文件目录中记录了文件名和起始块号和块数因此可以随机访问
连续分配优势在连续读写时的速度快 但文件的拓展不方便需要经常挪位且会产生碎片
链接分配
为文件分配离散的磁盘块
隐式链接
目录中记录文件名、起始块号和结束块号 每个磁盘块会保存指向下一个盘块的指针且对用户透明 隐式链接的文件只支持顺序访问外存利用率高不会有碎片问题
显式链接
目录中记录文件名和起始块号另设置文件分配表FAT用于记录文件各个物理块的指针每个磁盘仅设置一张FAT开机后将FAT读入内存并常驻内存由于FAT表项等大因此同样隐含块号
逻辑块号转换成物理块号的过程不需要读磁盘操作且显示链接支持随机访问和顺序访问过程间不需访问磁盘速度更快且不产生外部碎片文件拓展方便
索引分配 索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中系统会为每个文件建立一张索引表索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块 区分文件存放数据的磁盘块叫数据块索引表存放的磁盘块叫索引块
逻辑块号—物理块号 用户给出逻辑块号系统查找对应的FCB从FCB中可知索引表位置再由索引表和逻辑块号得知物理块号由此可知索引分配方式可以支持随机访问文件拓展也容易实现但索引表占用一定存储空间
但磁盘块大小有限索引表放不下怎么办
链接方案
一个文件比较大需要多个索引块那么将索引块间链接起来但查询时效率低
多层索引 类同多级页表磁盘块大小b/索引表项大小 每个磁盘块最多存放在的索引项数量a 文件最大长度k层索引 a^k*b k层索引k1磁盘读取操作
混合索引 两种模式混合针对文件大小进行了方式的区分和选择小文件就无需多次读取磁盘
空闲磁盘块
存储空间的划分和存储化
存储空间的划分将物理磁盘划分为一个个文件卷(逻辑卷、逻辑盘) 磁盘分区C、D、E盘 盘内分区为目录区、文件区 目录区存放文件目录信息FCB、用于磁盘存储空间管理的信息 文件区用于存放文件数据
空闲表法
适用于连续分配方式通过表记录第一个空闲盘块号和连续的空闲盘块号当请求块时使用首次适应算法其他算法也可采用 回收时根据前后有无空闲区进行合并表项
空闲链表法 空闲盘块链
分配时从链头开始一次摘下k个盘块分配并修改空闲链的链头指针 回收时回收的盘块依次挂到链尾并修改链尾指针
空闲盘区链
分配时采用首次适应、最佳适应等算法从链头开始检索若没有合适的连续空闲块也可将不同盘区同时分配给一个文件 回收时若回收区和某个空闲盘区相邻则需要将回收区合并到空闲盘区否则将回收区作为单独空闲盘区挂到链尾
位示图法 位示图法使用(字号i、位号j)盘块号b nij 字号i b / n位号j b%n 0为空闲1为盘块已分配
分配时 顺序扫描位示图找到k个相邻/不相邻的0 根据字号和位号算出对应的盘块号将相应盘块分配给文件 将相应位设置为1
回收时 根据回收的盘块号计算出对应的字号、位号 将对应位设为0
成组链接法
空闲表法和空闲链表法不适用于大型文件系统因为空闲表或空闲链表过大时UNIX系统中采用了成组链接法对磁盘空闲块进行管理 文件卷的目录区中专门用一个磁盘块作为超级块当系统启动时需要将超级块读入内存并保证内存和外存中的超级块数据一致 超级块中存储下一组空闲盘块数和空闲块号
当需要分配内存块时先检查第一个分组的块数是否充足若充足则使用第一个分组里面取出需要数量的空闲块若此时第一分组存放着下一组的信息则需要将下一组的信息复制到超级块中 当第一组未满时直接添加 第一组满了之后将原本超级块信息复制到新回收块中新回收块成为第一个分组
文件共享
基于索引结点的硬链接
索引结点有助于文件目录瘦身因为文件检索只要文件名其余信息放到索引结点索引结点中设置链接计数变量count用于表示链接到本索引结点上的用户目录项数用户删除文件时count-1count0时系统删除文件
基于符号链的软链接 增添Link类型文件存放指向目标文件的路径类同快捷方式 当文件1被删除了文件2仍存在只是不能执行文件1
文件保护
口令保护
口令存放在文件对应的FCB或者索引结点访问文件前需输入口令 口令空间开销小验证也快 但口令放在系统内部不够安全
加密保护
通过密码加密文件加密后文件数据和原始数据不一样 保密性强不需要存储密码 但编码和译码耗时
访问控制 每个文件的FCB中都有一个访问控制列表记录各个用户可以对该文件执行哪些操作
文件系统层次结构
