操作系统学习笔记——第六章文件管理

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参考书：《操作系统》谌卫军等，清华大学出版社，2012年5月
参考视频：清航全套计算机专业课视频

第六章文件管理

1.文件
2.目录
3.文件系统的实现

第六章文件管理

可以从两种不同的观点来看待文件系统：

-用户观点：关心的是文件系统所提供的对外的用户接口，包括文件如何命名、如何保护、如何访问（创建、打开、关闭、读、写等）；

-操作系统观点：关心的是如何来实现与文件有关的各个功能模块，包括如何来管理存储空间、文件系统的布局、文件的存储位置等。

1.文件

文件的结构

-指文件的逻辑结构，即文件系统提供给用户的文件结构形式，它独立于在外存上的物理存储结构。

-无结构：整个文件由一序列无结构的字节流组成；

文件的分类

普通文件（regular file)：包含用户信息的文件；

-ASCII文件：由一行行的文本组成；

-二进制文件：非ASCII文件，通常具有某种内部的逻辑结构，为相关的应用程序所了解。

目录文件（directory)：管理文件系统结构的系统文件。

思考：文件的属性信息存在哪？（后边讲）

2.目录

-文件太多了怎么办?不同的应用程序有不同类型的文件，不同的用户有不同的文件，如何对它们进行组织、分类?

-如何对文件进行管理？当用户需要访问某个文件时，如何根据这个文件名迅速地定位到相应的文件，从而对文件的属性和内容进行各种操作?

-解决的办法就是：目录。

目录（directory)也称文件夹（folder)，它是一张表格，记录了在该目录下的每一个文件的文件名和其他的一些管理信息。
一般情况下，每个文件占用该表格的某一行，即一个目录项（该表格如何存放？）；

这张表格本身是以文件的形式存放在磁盘上；

在目录的管理上，也有相关的系统调用，如：

-创建目录create；

-删除目录delete；

-修改目录名rename；

思考：如何存放？结构体数组

思考：根目录如何存放？单独存放

3.文件系统的实现

6.1(文件）和6.2(目录)是从用户的角度来看待文件系统，用户所关心的问题是文件如何来命名、可以对文件进行哪一些操作、目录的逻辑结构是什么样的等各种与用户接口有关的问题；

从文件系统的实现来看，实现者更关心的是文件和目录是如何存储的、磁盘空间是如何管理的、如何使整个文件系统能高效、可靠地运转。

块（block）

-文件的逻辑结构一般是字节流；

-对于用户而言，可以在这种字节流的基础上，构造自己所需的各种类型的数据结构，如：记录结构、树状结构、线性结构等；

-对于文件系统而言，必须将这种字节流（一个连续的逻辑地址空间)保存在磁盘的某些扇区中；

-通常做法：把磁盘空间划分为一个个大小相同的块（block)，称为物理块；把该逻辑地址空间也分成大小相同的逻辑块，在文件系统的内部，以块为单位来进行操作；

-一个物理块由一个或多个连续的扇区组成。

小实验：一个文本十个字符占用（大小）10个字节，但在磁盘占用空间32KB（块的大小：32KB）

文件系统的布局

一个磁盘在低级格式化以后，可以用分区软件划分为若干个分区。在分区以后，磁盘的扇区0称为主引导记录（Master Boot Record，MBR），用来启动计算机，MBR的结尾是一个分区表，记录了每个分区的起始扇区和大小，其中有一个分区为活动分区；

文件的实现需解决以下两个问题：

-如何来描述一个文件，如何来记录文件的各种管理信息？

-如何来存放文件，即如何把文件的各个连续的逻辑块存放在磁盘上的空闲物理块当中？如何来记录逻辑块与物理块之间的映射关系?

如何来实现FAT?

-想想在页式存储管理当中，如何实现逻辑页面到物理页面的映射?

-FAT表的实现方法：在文件系统中，设置一个维的线性表格，其项数等于磁盘物理块个数，并按物理块编号的顺序建立索引。对于每一个文件，在它的FCB中记录了第一个物理块编号X1，而在FAT表的第X1项中，记录了该文件的第二个物理块编号X2，…，从而形成一个链表。

多个文件如下：

思考：假设每个物理块大小为4KB，每个文件最大为多少？

假设地址为一个整数，四个字节，最多放：4K/4=1K，一共可放4KB*1K = 4M

若文件太大，怎么办？可指向另一地址映射表。（用二级索引或三级索引）

目录的实现

目录的主要功能：根据用户给出的ASCIⅡ形式的文件名（路径名），迅速地定位到相应的文件控制块。目录的实现需解决以下三个问题：

-目录项的内容；

-长文件名问题；

-目录的搜索方法。

思考：若只更改了文件名，什么发生了改变？父目录发生了改变

系统调用的实现

在文件系统的内部，是如何来实现open、close、read、write等各种系统调用函数的？

思考：搜索过程是什么样的？先读取root根目录——>读取Ann的FCB地址——>把Ann的FCB读入内存——>（在PCB中查“索引表”的）索引块（记录了每个逻辑块在哪个物理块当中）——>读入数据块——>（拼在一起）得到了Ann目录的内容——>读取mail的FCB地址——>把mail的FCB读入内存——>（在PCB中查“索引表”的）索引块（记录了每个逻辑块在哪个物理块当中）——>读入数据块——>（拼在一起）得到了mail目录的内容——>最后查找B