操作系统备忘录-文件系统

2020-01-07

1. 基本概念

数据项
- 最低级的数据组织形式
记录
- 一组相关数据项的集合
- 用于描述一个对象在某方面的属性
文件
- 文件在文件系统中是一个最大的数据单位，它描述了一个对象集
- 分为有结构文件和无结构文件两种。 在有结构的文件中，文件由若干个相关记录组成；而无结构文件则被看成是一个字符流
- 属性：类型、长度、物理位置、建立时间等

文件操作

打开
- 文件操作需检索文件目录以获得文件属性和外存位置， 为避免多次重复检索目录，引入打开操作。
- 所谓“打开”，是指系统将指名文件的属性(包括该文件在外存上的物理位置)从外存拷贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的编号(或称为索引**)返回给用户。以后，当用户再要求对该文件进行相应的操作时，便可利用系统所返回的索引号向系统提出操作请求。系统这时便可直接利用该索引号到打开文件表中去查找**。
关闭
- 将进程打开文件表中的相应表项删除

2. 文件的逻辑结构

物理结构

又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。

逻辑结构

用户观点所看到的文件组织形式，与存储设备特性无关

逻辑结构类型

有结构文件（记录式文件）
- 定长记录、变长记录
- 组织形式
  - 顺序文件、索引文件、索引顺序文件
无结构文件（流式文件）
- 长度以字节为单位，采用读写指针来指出下一个要访问的字符

顺序文件

文件中的所有记录按关键字(词)排列
具有更高的查找效率

索引文件

每个记录在表中有一表项，记录该记录的长度和指向该记录的指针（该记录在逻辑地址空间的首地址）

索引顺序文件

结合使用顺序文件和索引文件
将顺序文件的记录分组
可以看出按首字母A\B..分组

直接文件和哈希文件

直接
根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址。换言之，记录键值本身就决定了记录的物理地址
哈希
键值－－－散列函数－－－－地址

3. 文件目录

定义

文件控制块的有序集合
- 每个文件控制块称为目录项
- 放在外存

文件控制块

描述和控制文件的数据结构（如文件名、物理位置等）

索引结点

为减少从硬盘读文件目录的开销，将文件名与文件描述信息分开
文件描述信息单独形成一个数据结构，称为索引结点
文件目录项仅由文件名和指向索引结点的指针构成

分类

4. 文件的共享

基于索引结点的共享方式（硬链接）

在这种共享方式中引用索引结点，即诸如文件的物理地址及其他的文件属性等信息，不再是放在目录项中，而是放在索引结点中。在文件目录中只设置文件名及指向相应索引结点的指针。在索引结点中还应有一个链接计数count,用于表示链接到本索引结点（亦即文件）上的用户目录项的数目。当count=2时，表示有两个用户目录项链接到本文件上，或者说是有两个用户共享此文件

利用符号链实现文件共享（软链接）

为使用户B能共享用户A的一个文件F,可以由系统创建一个LINK类型的新文件，也取名为F，并将文件F写入用户B的目录中，以实现用户B的目录与文件F的链接。在新文件中只包含被链接文件F的路径名。这样的链接方法被称为符号链接。
上述两种链接方式都存在一个共同的问题，即每个共享文件都有几个文件名。换言之，每增加一条链接，就增加一个文件名。这实质上就是每个用户都使用自己的路径名去访问共享文件。当我们试图去遍历整个文件系统时，将会多次遍历到该共享文件。
硬链接和软链接都是文件系统中的静态共享方法，在文件系统中还存在着另外的共享需求，即两个进程同时对同一个文件进行操作，这样的共享可以称为动态共享。

区别

建立软链接就是建立了一个新文件。当访问链接文件时，系统就会发现他是个链接文件，它读取链接文件找到真正要访问的文件
因为链接文件包含有原文件的路径信息，所以当原文件从一个目录下移到其他目录中，再访问链接文件，系统就找不到了，而硬链接就没有这个缺陷，你想怎么移就怎么移；还有它要系统分配额外的空间用于建立新的索引节点和保存原文件的路径。

5. 文件保护

实现

文件备份：防止软/硬件系统发生故障而导致文件不可用
访问控制 ：防止系统的用户或外来者窃取、破坏文件或对文件进行未授权的访问