目录
6.5.1 文件控制块和索引结点
1、文件控制块 FCB
2、索引节点
6.5.2 简单文件目录
1、单级目录结构
2、二级目录结构
3、树形目录结构
6.5.3 目录查询技术
1、线性检索法
2、Hash 方法
文件目录：是指由文件说明索引组成的用于文件检索的特殊文件。
- 文件目录通常以文件的形式保存在外存
- 文件目录的内容主要是文件访问的控制信息（不包括文件内容）
- 文件目录也是一种数据结构，用于标识系统中的文件及其物理地址
对目录管理的要求如下：
- 实现 “按名存取”
- 提高对文件目录的检索速度
- 允许文件共享
- 允许文件重名
6.5.1 文件控制块和索引结点
文件控制块（FCB）：是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了管理文件所需的所有信息，即文件属性。文件控制块是文件存在的标志，与文件一一对应。
- 文件目录：把所有的 FCB 组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合。
- 目录项：构成文件目录的项目，目录项就是 FCB 。
- 目录文件：为通常将文件目录以文件的形式保存在外存，这个文件就称为目录文件。
1、文件控制块 FCB
检索文件目录时，需要把若干个文件的整个 FCB 读入内存。
① 基本信息类
- 文件名：文件标识符
- 物理位置：存放文件的设备名、起始盘块号、文件长度（盘块数或字节数）
- 逻辑结构：有结构文件、无结构文件
- 物理结构：顺序文件、链式文件、索引文件
② 存取控制信息类
- 文件主的存取权限
- 核准用户的存取权限
- 一般用户的存取权限
③ 使用信息类
- 文件的建立日期和时间
- 文件上一次修改的日期和时间
- 当前使用信息（进程数、是否修改等）
2、索引节点
检索文件目录时，只需要把若干个文件的文件名读入内存；找到指定文件后，再根据目录项中的结点指针，把该文件的索引结点读入内存。
① 索引节点的引入
为减少检索文件时启动磁盘的次数，应缩小文件目录的大小。
=> 将文件名和文件的描述信息分开：
- 将文件的描述信息单独形成称为索引结点的数据结构，即 i 结点
- 文件目录的每个目录项中仅包含：文件名和指向该文件的 i 结点的指针
② 磁盘索引节点：是指存放在磁盘上的索引结点。
主要内容包括：
- 文件主标识符
- 文件类型：正规文件、目录文件、特殊文件
- 文件存取权限：各类用户对文件的存取权限
- 文件物理地址：以 iaddr(0)~ iaddr(12) 给出文件所在的盘块号
- 文件长度：以字节数计算
- 文件链接计数：共享该文件的用户数
- 文件存取时间：最近被访问或修改的时间
③ 内存索引节点：是指存放在内存中的索引结点。
文件被打开时，将磁盘索引结点拷贝到内存索引结点中以备将来使用。
增加的主要内容：
- 索引结点编号：用于标识内存索引结点
- 状态：指示 i 结点是否上锁或被修改
- 访问计数：有进程访问时计数器加一，访问完减一
- 文件所属文件系统的逻辑设备号
- 链接指针：指向空闲链表和散列队列的指针
6.5.2 简单文件目录
1、单级目录结构
① 整个系统中只建立一张目录表，为每个文件分配一个目录项
② 目录项中包含以下内容：
- 文件名及扩展名
- 文件的物理地址
- 其它属性，如文件长度、文件类型等
- 状态位：指示目录项是否空闲
- 等信息
③ 创建文件
- 查看目录表，判断新文件名是否唯一；
- 查找空目录项，填写文件名、物理地址、属性等；
- 置目录项的状态位为 1 。
④ 删除文件
- 查看目录表，找到该文件对应的目录项；
- 从中找到该文件的物理地址并回收磁盘空间；
- 从目录表中清除所占用的目录项。
⑤ 性能分析
1）实现了按名存取； 2）查找速度慢
3）不允许重名； 4）不便于实现共享
2、二级目录结构
① 将目录分为两级：
- 主文件目录（MFD）
- 用户文件目录（UFD）
在 MFD 中，每个 UFD 占用一个目录项，目录项中包括：用户名和指向该 UFD 文件的指针。再为每个用户建立一个单独的 UFD，由用户所有文件的 FCB 组成。
② 创建文件：创建用户文件目录 UFD 的目录项。
- 查看 UFD，判断是否有同名文件；
- 有：为新文件重新命名；
- 无：建立新的目录项，填写文件信息；
- 置目录项状态位为 1 。
③ 删除文件
- 查看 UFD，找到该文件对应的目录项；
- 查找该文件的所有盘块并回收；
- 从目录表中清除所占用的目录项。
④ 优缺点
- 提高了检索目录的速度：由 n*m 提高到 n+m
- 在不同的 UFD 中，可以使用相同的文件名
- 不同用户可以使用不同的文件名访问系统中的同一个共享文件
- 用户间的隔离使文件共享不方便
假设 MFD 有 n 个目录项，UFD 有 m 个目录项，那么整个系统可以存放 n*m 个文件。采用一级目录结构时，检索目录最后一个文件需要查询 n*m 次；采用二级目录结构时，先查询 MFD 花费 n 次，再查询 UFD 花费 m 次，共需要查询 n+m 次。
3、树形目录结构
树形目录：把三级或三级以上的目录结构称树形目录。
树形目录文件中的目录项，既可作为目录文件的 FCB，也能作为数据文件的 FCB，可由目录项中的属性位来表示。
① 路径名
系统中的每一个文件都有唯一的路径名。因为在树形目录结构中，从根目录到任何数据文件，都只有一条唯一的通路。
绝对路径：在该路径上从树的根目录开始，把所有目录文件名与数据文件名，依次地用 “/” 连接起来，即构成该数据文件的绝对路径。
② 当前目录：系统向用户提供一个当前正在使用的目录。
当前目录可根据需要任意改变；查找一个文件可从当前目录开始，使用部分路径名。
相对路径：在该路径上从当前目录开始，把所有目录文件名与数据文件名，依次地用 “/” 连接起来，即构成该数据文件的相对路径。
③ 增加目录项
- 用户可创建自己的 UFD，并可再创建子目录
- 在同一个子目录下创建新文件时，必须保证不同名
④ 删除目录项
有两种实现方式：
- 不删除非空目录
- 可删除非空目录
⑤ 优点
- 层次结构清晰，便于管理和保护
- 有利于文件分类
- 解决重名问题
- 提高文件检索速度
- 能进行存取权限的控制
⑥ 缺点：查找一个文件按路径名逐层检查，由于每个文件都放在外存，多次访盘影响速度。
6.5.3 目录查询技术
按名存取的实现步骤：
- 根据文件名查询文件目录，找到该文件的 FCB 或 i 结点；
- 根据 FCB 或 i 结点中的起始盘块号，计算文件在磁盘上的物理位置；
- 启动磁盘驱动程序，将需要的文件读入内存。
要么采用 FCB 的方式存储文件，要么采用索引结点的方式存储文件。
查询目录有两种方法：
- 线性检索法
- Hash 方法
1、线性检索法
2、Hash 方法
基本思想：建立一张 Hash 索引文件目录，利用一个易于实现的变换函数（Hash 函数），把用户提供的文件名唯一地转换为文件目录的索引值，再利用该索引值到 Hash 索引文件目录中进行查找该文件对应的索引结点。
- Hash 函数
- Hash 冲突的解决
