操作系统之文件系统的基本概念

目录

用户和磁盘视角的文件

文件控制块（FCB）和索引结点（inode）

文件的操作

创建文件（create系统调用）

写文件（write系统调用）

读文件（read系统调用）

重新定位文件

删除文件（delete系统调用）

截断文件

文件保护

目的

方法

文件的逻辑结构

无结构文件

有结构文件

文件的物理结构

连续分配

链接分配

索引分配

优化机制

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用户和磁盘视角的文件

• 用户视角：文件被视为字符流或字节流，用户通过文件名来访问文件内容。
• 磁盘视角：文件是由一系列盘块组成的集合，每个盘块包含文件数据的一部分。

文件控制块（FCB）和索引结点（inode）

• 文件控制块（FCB）：
  • 作用：存放控制文件所需的信息，实现“按名存取”。
  • 内容：包括文件名、物理位置、逻辑结构、物理结构、存取控制信息和使用信息。
• 索引结点（inode）：
  • 引入原因：减少内存中文件目录的大小，提高检索效率。
  • 磁盘索引结点：每个文件有一个唯一的磁盘索引结点，包含文件主标识符、类型、存取权限、物理地址、长度、链接计数、存取时间等。
  • 内存索引结点：文件打开时，磁盘索引结点复制到内存，包含索引结点编号、状态、访问计数、逻辑设备号、链接指针等。

文件的操作

写文件（write系统调用）

写文件操作允许用户将数据写入到文件中。这个过程包括：

读文件（read系统调用）

读文件操作允许用户从文件中读取数据。操作步骤如下：

重新定位文件

重新定位文件操作（通常通过lseek系统调用）改变文件的读写位置。这包括：

删除文件（delete系统调用）

删除文件操作从文件系统中移除指定的文件。这个过程通常涉及：

截断文件

截断文件操作将文件的大小减小到用户指定的大小。这通常包括以下步骤：

• 创建文件（create系统调用）

  创建文件操作允许用户在文件系统中生成一个新的文件实体。这个过程通常涉及以下步骤：

• 检查权限：系统检查用户是否有权限在指定目录下创建文件。
• 分配FCB：系统为新文件分配一个文件控制块（FCB），并在其中填写文件名、创建时间、文件所有者等信息。
• 分配inode：系统为新文件分配一个索引结点（inode），记录文件的物理位置、大小、访问权限等。
• 初始化存储空间：根据文件的物理结构，系统可能会分配一个或多个磁盘块来存储文件数据。
• 定位：系统根据文件指针确定写入位置。
• 写入数据：系统将用户指定的数据写入到文件的相应位置。
• 更新FCB和inode：系统更新文件控制块和索引结点，以反映文件的新大小和最后修改时间。
• 分配新块：如果文件需要更多存储空间，系统会分配新的磁盘块。
• 定位：系统根据文件指针确定读取位置。
• 读取数据：系统从文件的指定位置读取数据，并将其传送到用户指定的缓冲区。
• 更新文件指针：读取操作完成后，系统更新文件指针，以便下次操作可以从新的位置开始。
• 设置文件指针：用户可以指定新的位置，系统将文件指针移动到该位置。
• 检查边界：系统确保新的位置在文件的合法范围内。
• 检查权限：系统检查用户是否有权限删除该文件。
• 释放FCB：系统释放文件的文件控制块。
• 释放inode：系统释放文件的索引结点。
• 释放存储空间：系统释放文件所占用的所有磁盘块，以便这些块可以被重新使用。
• 检查权限：系统检查用户是否有权限修改文件大小。
• 调整大小：系统将文件大小减小到指定的大小，释放多余的数据块。
• 更新FCB和inode：系统更新文件控制块和索引结点，以反映文件的新大小。
• 处理剩余数据：如果文件被缩小，系统会处理剩余的数据块，可能会将其标记为可用

文件保护

目的

• 防止文件共享时被破坏或未经允许的修改。

方法

• 口令保护：访问文件时需提供口令。
• 加密保护：文件加密，访问时需密钥解密。
• 访问控制：
  • 访问控制列表：规定用户及其所允许的访问类型。
  • 访问类型：读、写、执行、添加、删除、列表清单。
  • 用户访问权限：与文件属性共同限制文件访问。

文件的逻辑结构

无结构文件

• 数据按顺序组织，适合基本信息单位操作不多的文件。

有结构文件

• 顺序文件：通常是定长的，可以顺序存储或链式存储。
• 索引文件：适用于定长和变长记录文件，提高检索效率。
• 索引顺序文件：为顺序文件建立索引表，每组第一条记录有一个索引项。
• 直接文件或散列文件：通过键值或散列函数直接决定记录的物理地址。

操作系统之文件的逻辑结构-CSDN博客

文件的物理结构

连续分配

• 每个文件在磁盘上占有一组连续的块，支持随机存取，但可能导致外部碎片。

链接分配

• 隐式链接：磁盘块离散分配，每个块（除最后一个）有指向下一个块的指针。
• 显式链接：链接指针存放在内存的文件分配表（FAT）中，提高检索速度，支持随机访问。

索引分配

• 每个文件有一个索引块，包含指向文件各块的指针，支持随机存取。

后面补

优化机制

• 链接方案：多个索引块链接在一起处理大文件。
• 多层索引：类似多级页表，处理大型索引块。
• 混合索引：结合链接分配和索引分配的优点。