操作系统之文件系统

文件目录：

      single-level

      two-level

      tree-level

      graph-level

文件系统的目标：

地址独立：一个而文件在产生的时候无需担心存放的磁盘地址，即文件数据的产生于文件将来存放的磁盘地址相互独立

地址保护：对文件的访问进行一定的闲置，不是任何人都可以访问文件的

 

从用户角度，文件名字--------磁盘地址（扇面号）

                     扩展名：仅仅是指示性的，并不具有强制性，unix操作系统扩展名仅用来提醒用户，系统并不遵守，但是windows是强制性的，如果一个文件扩展名不是.bat,exe,com

                    则改程序无法执行，即使该文件确实是一个可执行文件

                    内容寻址：给照片的内容，查找照片

文件内容组织：

                   1 关系导向型组织

                          记录流  树型组织 网型组织                  

                   2 非关系导向型组织

                         字节流，字位流，数据块流，这个更好，现代商业操作系统基本上使用字节流，因为他它简单

文件类型：

                 文件分三种：目录（记录文件的文件），一般文件（数据，分为文本文件和二进制文件），块文件（模拟输入输出，对每个输入输出设备，用一个块文件来表示）

文件格式：不同的文件有不同的格式（标题，入口，尺寸，权限.....）

文件访问：顺序访问和随机访问

  

文件属性： 谁创立的，谁拥有这个文件，可否随机访问，等等

文件夹：保存关于文件及文件系统的信息，文件夹对文件来说，就相当于动态地址翻译对于虚拟地址的作用，即从虚拟地址到实际地址的一种翻译机制

              ls和dir：读取文件夹的简单数组的内容

              根目录：文件系统的起点，在操作系统启动的时候加载到内存

共享与链接

内存映射的文件访问：

     把需要访问的文件映射到一个进程的虚拟地址内，当进程终止的时候，与文件对应的这个内存内容将被冲洗（flush）到磁盘上

               

文件系统的实现：

    分区：为什么要分区？1.不同的分区可以建立不同的文件系统   2.计算机内存字长度有限，而磁盘地址需要存放在内存字里面，这样操作系统能够访问到的磁盘地址数量就是一个有限数

    为什么一个分区只能建立一个文件系统呢？

　计算机启动，主板ＲＯＭ里面ＢＩＯＳ运行，对磁盘扇面０进行读操作，将ＭＢＲ里面的程序读到内存并运行，ＭＢＲ找到主分区，将主分区里面的ＢＯＯＴ　ＲＥＣＯＲＤ加载并运行，ＢＯＯＴ　ＲＥＣＯＲＤ里面是一个小程序，该程序找到操作系统映像，并加载到内存，从而启动操作系统，这里是所有的文件系统都要遵循的

                                                                              整块磁盘

 主引导记录（MBR Master Boot Record）  |    分区表    |        分区1（主分区）    |　　　 分区2　　　　｜　．．．

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　分区１（主分区，操作系统装在这里）

引导记录　　　｜　　　超级数据块　　　　｜　　　　　闲置空间管理　　　｜　　　　Ｉ－ＮＯＤＥ区　　　　｜　　　　　根目录区　　　　｜　　　文件和目录区

超级数据块里面存放的是关于该文件系统的各种参数，如文件系统类型，数据块尺寸，不同的文件系统布局是不一样的，ＦＡＴ没有Ｉ－ＮＯＤＥ区

文件的实现：

　　连续存放方式：

　　　　　　优点：简单，１.给出文件头地址和文件大小，可以寻找到所有的文件数据块，２.读写效率高

　　　　　　缺点：空间浪费，磁盘碎片，不易扩展

　　非连续存放方式：

　　　　　　链表：

　　　　　　　　　存放文件数据块指正的表叫做文件分配表（Ｆｉｌｅ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｔａｂｌｅ，ＦＡＴ）

　　　　　　　　　利用ＦＡＴ随机读写只需要一次内存访问

　　　　　　　　　使用ＦＡＴ机制的文件系统叫做ＦＡＴ文件系统

　　　　　　索引文件组织：

　　　　　　　　　　ＦＡＴ表太大，记录项和物理磁盘块数一样多，解决方法：将每个文件的所有数据块的磁盘地址收集起来，集中放在一个索引数据块里面，而在文件打开　　　　　　　　　　　　　　时将该数据块加载到内存，这样内存里存放的只是我们需要使用的文件的数据块的所有地址，而不是各种不相干的文件的地址全部一次加载到内存，ＦＡＴ占用内存太多的问题　　　　就解决了，这种索引数据块叫做Ｉ－ＮＯＤＥ，Ｉ代表ｉｎｄｅｘ

　　　　　　　　　　　优点：１.随机访问很方便　２.文件增长灵活　

　　　　　　　　　　　缺点：１.每个数据块需要选点，顺序访问效率不太高，２　如果一次文件大小的增长超过了预期，怎么办？

　　　　　　多级索引组织：在分页系统中，我们使用多级页表，这里我们可以使用多级索引头，即间接使用Ｉ－ＮＯＤＥ

　　　　　　　　　　　缺点：１.访问数据块所需要的磁盘访问增加了　２.对于小文件，使用的磁盘数据块不会超过一个Ｉ－ＮＯＤＥ的指针数，白白浪费了Ｉ－ＮＯＤＥ空　　　　　　　间，怎么办？

　　　　　　非对称多级索引：索引既可以是单级，也可以是多级，每个文件都有一个顶级索引节点，里面的指针被分为两部分，一部分用来存放数据块所在的磁盘地址，一部分用来存放次级Ｉ－ＮＯＤＥ的地址，如果文件尺寸较小，所有磁盘地址全部存放在顶级Ｉ－ＮＯＤＥ上，如果文件较大，还要使用次级Ｉ－ＮＯＤＥ，根据心理学用户体验，一开始顶级Ｉ－ＮＯＤＥ中的磁盘地址先快速地读取出来让用户处理着，等他处理好了，次级Ｉ－ＮＯＤＥ也读取完了，从用户体验的角度看，非对称索引大大提高了文件的访问速度

　

文件缓存：
　　将文件里面经常要访问的内容存放在缓存里面，使得文件的访问可以在缓存里面满足

目录实现：地址独立的实现

　　　　文件夹的任务，文件名到文件地址的映射

　　　　　１.文件连续存放，文件夹里面存放的映射是文件头数据块地址

　　　　　２.链表组织形式，文件夹里面存放的映射是文件头数据块地址

　　　　　３.ＦＡＴ组织形式，映射仍然不变，文件夹里面存放的映射是文件头数据块地址

　　　　　４　Ｉ－ＮＯＤＥ组织形式，文件夹里面存放的映射是到Ｉ－ＮＯＤＥ编号

文件共享：

　　　文件映射情况被保存在多个文件夹里，在文件头Ｉ－ＮＯＤＥ里面记录其被链接的次数，文件删除时，将Ｉ－ＮＯＤＥ里面的链接计数减一，如果为０，就删除文件，这种叫做硬链接，文件创立者没有权利断开用户的链接

　　　软链接：在创立者将文件删除后，链接用户将无法再访问到该文件，从链接目录访问文件需要经过原始路径，当原始路径断开后，该链接自然就断开了，软链接从严格意义上不是链接，所以Ｗｉｎｄｏｗｓ的快捷方式不是链接

链接的问题：在备份的时候，如果选择备份的文件夹里面存在符号链接，将造成该文件备份多次，这只不过浪费了空间而已，问题出在恢复的时候，由于被链接的文件备份了多个复本，造成每个路径都有自己的文件复本

文件系统挂载：

　　　挂载用来将一个文件系并入另一个文件系统的办法，实际上就是修改挂载点的目录内容，增加一个记录将该文件的根目录Ｉ－ＮＯＤＥ地址保存起来，平常使用的光盘，Ｕ盘，软盘上面存在一个文件系统，但是该文件系统我们平常是无法访问的，需要将它们插入计算机的相应设备或接口上，而这种插入就是挂载操作，

　　　　卸载：将挂载点的目录内容中的相关记录删除，光盘就是弹出光盘，Ｕ盘就是拔出　

空闲空间管理：机制和内存管理一样，位图和链表

磁盘分配块：

　　　　文件系统在分配空间时是按照块（ｂｌｏｃｋ）进行分配的，ｗｉｎｄｏｗｓ把这种分配块叫做蔟

磁盘配额：　在多用户环境下，文件系统通常给每一个用户一个配额