文件管理
第四章_文件管理
4.1 文件系统基础
4.1.1 初始文件系统
文件系统基础涉及到的内容如下：
- 文件的定义：一组有意义的信息的集合。
- 文件的属性：文件名、标识符、类型、位置、大小、保护信息…
- 文件内部应该如何被组织起来（文件的逻辑结构）。
- 文件之间应该如何被组织起来（目录结构）。
- 操作系统应向上提供哪些功能（create、delete、open、close、read、write 系统调用）。
- 文件应如何存放在外存中（文件的物理结构）。
- 操作系统如何管理外存中的空闲块（存储空间的管理）。
- 操作系统需要提供的其他文件管理功能：文件共享，文件保护。
4.1.2 文件的逻辑结构
本小节思维导图如图所示：
4.1.2.1 有结构文件 - 顺序文件
拓展：采用这种文件管理方式，操作系统通常会利用日志功能，将多次修改先记录下来并延迟写盘，以提高效率和保证可靠性。对于按关键字有序组织的顺序文件，若经过多次插入和删除操作后需要重新整理文件，则可能利用数据结构中的外部归并（外部排序技术）来恢复或维护文件的有序性。
4.1.2.2 有结构文件 - 索引文件
这种方式的缺点在下面。
4.1.2.3 有结构文件 - 索引顺序文件
但是这种结构舍弃了索引文件中索引表的地址字段，所以索引顺序文件默认更适合定长记录。
为了进一步提高检索效率，还能够进一步优化为多级索引文件：
4.1.3 文件目录
本小节思维导图如图所示：
4.1.3.1 文件控制块和索引节点
文件控制块（FCB） 是用于存取控制文件所需的各种信息的数据结构，以实现按名存取。每个文件对应一个 FCB。 主要包括以下几类信息：
- 基本信息：文件名、物理位置、逻辑结构、物理结构等。
- 存取控制信息：包括文件主、核准用户和一般用户的访问权限。
- 使用信息：如文件的创建时间、最后修改时间等。
索引节点 是对文件控制块的一个优化：
4.1.3.2 目录结构
单级目录结构和两级目录结构 已成为过去式，了解就好：
多级目录结构（树形目录结构） 才是现在操作系统常使用的结构：
由于 树形目录结构不利于实现文件的共享（这里主要是说用户间文件的共享），因此出现了 无环图目录结构（了解即可）：
4.1.4 文件的物理结构（文件分配方式）
本小节总结如下图所示：
4.1.4.1 连续分配
4.1.4.2 链式分配
链式分配（隐式链接）：
如果没指明显示还是隐式链接，默认是隐式链接。
链接分配（显式链接）：
4.1.4.3 索引分配
一个文件一张（或一套）索引表，索引分配有三种方案：
索引分配（单级索引分配）：
索引分配（多级索引分配）：
若一个文件很小，本来只占一个磁盘块，但是也需要 K + 1 次磁盘 I / O（顶级索引表未调入内存的情况）
索引分配（混合索引分配）：
为了兼顾小、中、大乃至特大文件的访问效率，需要 根据文件大小动态的分配选用最合适的分配策略，通常采用混合索引分配方式：
本小节总结如下：
ChatGpt： 磁盘I/O次数主要由文件的物理结构和访问模式（逻辑结构的）决定，而不是由文件的逻辑结构本身决定。逻辑结构更多影响的是查找和处理方式，物理结构直接影响外存访问效率。
4.1.5 文件存储空间的管理
本小节思维导图如下图所示：
存储空间的划分与初始化 如图所示：
4.1.5.1 空闲表法
4.1.5.2 空闲链表法
4.1.5.3 位示图法
4.1.5.4 成组链接法
空闲表法和空闲链表法均不适用于大型文件系统，为此，Unix 融合了以上两种方法的思想，采用了成组链接法。
成组链接法的基本概念 示意如图所示：
用每组的第一个盘块做索引块：
如何进行分配 如图所示：
分配一个磁盘块：
分配一百个磁盘块：
如何进行回收：
4.1.6 文件的几种基本操作
本小节思维导图如图所示：
4.1.6.1 创建文件
4.1.6.2 删除文件
4.1.6.3 打开文件
从目录表中复制到内存的 FCB 应该只是复制的关键信息，不是整个复制。
4.1.6.4 关闭文件
4.1.6.5 读文件
4.1.6.6 写文件
4.1.7 文件共享
本小节思维导图如图所示：
4.1.7.1 硬链接
4.1.7.2 软连接
4.1.8 文件保护
口令保护：
加密保护：
访问控制：
4.2 文件系统
4.2.1 文件系统结构
文件系统结构构如下图所示：
用一个例子来辅助记忆：
4.2.2 文件系统布局
新磁盘首先要进行 格式化，如图所示：
而前面提过的打开文件表在整个文件布局中的这个位置：
4.2.3 虚拟文件系统
虚拟文件系统概念如下图所示：
关于一个新文件系统，如要进行要 挂载 ，具体要先做下面这些事：
