计算机与操作系统：文件系统

　　应用程序可以将数据保存在RAM中做到快速的读写。但是RAM有两个缺点：一是空间过小，无法保存较大型的数据；二是进程结束后，内存中的数据也会被释放，无法做到数据持久化。如果应用有存储大量数据或数据持久化的需求，那么就需要使用磁盘（机械硬盘，光盘，固态硬盘等）。机械硬盘的结构很复杂包括盘片，柱面，磁道，扇区等概念（固态硬盘使用闪存技术），如果让我们每次读写磁盘都要自己维护这几个参数，那么无疑是让人头大的。操作系统将磁盘地址空间抽象为文件，我们不需要直接操作磁盘，只需要操作文件，而读写文件背后的磁盘持久化逻辑对我们来说就是透明的。文件是受操作系统管理的，有关文件的构造，命名，访问，使用，保护，实现和管理方法都是由操作系统设计的主要内容，从总体上看，把操作系统中管理文件的部分称为文件系统。

文件命名

　　文件是一种抽象机制，它提供了一种在磁盘上保存信息并方便以后读写的方法，这种方法可以使用户不必了解存储信息的方法，位置和实际磁盘工作方式等有关细节。

　　文件的具体命名规则在各个系统中是不同的，不过所有的现代操作系统都允许1至8

个字母组成的字符串作为合法的文件名。通常文件名中也允许有数字和一些其它特殊字符，许多文件系统支持长达255个字符的文件名（windows 95/98使用的文件系统是FAT-16，windows 98对FAT-16进行了一些扩展，从而成为FAT-32。虽然FAT已经过时，但是大部分windows系统仍支持该文件系统。较新版本的操作系统已经拥有更先进的本地文件系统（NTFS））。

　　许多操作系统都支持使用圆点（.）将文件名分为两部分，其中圆点后的部分称为文件扩展名。扩展名可以表示文件的一些类型信息等。在linux中，文件扩展名只是一种约定，操作系统不会强制约束它。但是在windows系统中，文件扩展名被赋予了含义，用户可以在操作系统中注册扩展名，并为该扩展名指定处理程序，当用户双击该扩展名文件时，对应的处理程序就会启动并处理该文件。

 

文件结构及文件类型

　　文件可以有多种构造方式，下图为三种典型的构造方式。

 

　　很多系统系统都支持多种文件类型，如普通文件，块特殊文件，字符特殊文件，目录等。普通文件是包含用户信息的文件，目录是管理文件系统结构的系统文件。普通文件一般分为ASCII文件和二进制文件。ASCII文件的优势就是可以显示和打印，还可以用任何文本编辑器进行编辑，相反打印出来的二进制文件是无法理解的。通常二进制文件有一定的内部结构，使用该文件的程序才了解这种结构。

　　现代操作系统支持两种文件访问方式：顺序访问，随机访问（read操作时给出开始读文件的位置或用seek操作设置当前位置，然后从当前位置开始读文件）。

　　文件都有文件名和数据，另外操作系统还会保存一些其它与文件相关的信息。这些附加信息称为文件属性或元数据。

 　　使用文件的目的是存储信息并方便以后的检索，对于存储和检索，文件系统提供了几个常用的系统调用：Create，Open，Close，Write，Read，Seek，Get Attribute，Set Attribute，Rename等。

目录

　　文件系统通常提供目录和文件夹用于记录文件的位置。目录系统最简单的形式就是在一个目录下面包含所有文件，这也是目录系统早期的表现形式，但随着多用户模式和用户文件的增多，单目录结构俨然是无法满足需求的，层次目录系统应运而生。

 

　　管理目录的常用系统调用：Create，Delete，Opendir，Closedir，Readdir，Rename，Link，Unlink等。

文件系统的实现

文件系统布局