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知识框架

No.1 初识文件管理

各位同学大家好，从这个小节开始，我们会开始学习，文件管理相关的这个章节，那么在正式开始学习之前，我们会用这个小节带领大家看一下，平时咱们熟悉的一些文件系统，希望通过这个小节的学习，能够消除对文件，管理这一系列知识点的一个陌生感，还有恐惧感，并且对整个章节的这个，知识框架有一个初步的认识，在之前的学习中，我们已经知道，操作系统它作为系统资源的管理者，也需要对文件进行管理，文件也属于一种系统资源，它其实就是一组有意义的信息，或者说数据的集合，那平时我们在，生活当中也使用过各种各样的文件，比如说手机拍的照片还有像word文档，还有像老师，上课的时候给大家发的那些PPT讲义，PDF文件这些都是各种各样的文件，但是各种各样的文件，它又在我们面前，呈现出了不一样的一些特性，那这些特性，其实也需要操作系统来关心，比如说当我们打开PDF文件的时候，那一般都是用Adobe reader那个，软件来读取这个文件的数据的，另外像我们打开照片这种文件的时候，一般来说都是用，操作系统自带的那种图片，浏览的软件来进行打开的，所以其实不同的文件它有不同的属性，而因为文件的属性不同，所以我们在使用文件的时候也会，有各种各样的差别，所以我们第一个要讨论的问题就是，在计算机当中有各种各样的文件，那这些文件一般来说都，拥有哪些属性呢，第二个问题，第二文件，它是一组有意义的信息，或者说数据的集合，那么这些信息，在内部是怎么被组织起来的，也就是文件内部的这些，数据的组织形式的问题，这是我们第二个要探讨的问题，第三个问题，在我们的系统当中，有很多很多的文件，但是这些文件因为呃，有组织的把它们存放在一起，所以平时我们使用它们的时候，呃也会很方便，所以第三个我们需要讨论的是，这些文件之间应该怎么被组织起来，第4个问题从下往上看，操作系统的上层，应该是应用程序和用户，所以操作系统应该为它的上层提供，简单易用的一些接口，用来方便的操作各种各样的文件，那操作系统应该为上层提供哪些功能，这是我们之后还会探讨的问题，最后一个会探讨的问题从上往下看，操作系统的下面层是硬件，所以操作系统也需要对硬件进行管理，而我们知道，一般来说文件是存放在我们的磁盘，也就是外存当中的，而外存作为一种计算机的硬件，肯定也需要操作系统对它进行管理，那么这些文件的数据，应该怎么被存放在外存上，这是我们最后一个会探讨的问题，那我们首先来看一下，一个文件应该有哪些属性从

我们最熟悉的Windows操作系统出发，我们可以在呃我们自己的电脑当中，随便找到一个文件，然后右键点击属性，之后就会弹出这样的一个窗口，那在这个地方，就可以看到，一个文件到底拥有哪些属性，那首先我们作为普通的用户，其实平时最常关注的应该是呃，文件名这个属性，因为平时我们在，找一个自己想要的文件的时候，那都是根据这些目录一层一层往下找，并且跟找到我们想要的那个文件的名，文件名再打开这个文件，使用这个文件，所以文件名这个属性，对于用户来说是极其重要的，我们普通用户，都是按照我们文件名来寻找文件的，不过需要注意的是，同一个目录下，是不允许有同重名文件的，比如说，此时我尝试在demo这个文件夹下，再建立一个也叫test点TXT的文件，但是当我点确定的时候，操作系统会提示我，此位置已经包含同名文件，他建议我把这个文件重命名为，test二点TXT，也就是说，它其实并不允许我在同一个目录下，拥有两个名字相同的文件，为什么不允许有重名文件，这点咱们会在之后，的小节当中再进行进一步的解释，总之文件名对于用户来说是很重要，甚至说是最重要的一个属性，因为我们都是根据文件名，来找到一个文件的，那文件的第二个重要的属性是标识符，其实在一个系统当中，肯定是有很多重名文件的，虽然说在同一文件夹下，不允许有重名的文件，但是我在这个地方，虽然不能建立一个叫做test的文件，不过我可以在我的桌面上，建立一个也叫test的文件，所以其实，用文件名并不能唯一的区分出，每一个文件到底是哪一个，因此操作系统会在背后为各个文件，设置一个标识符，那每个文件的标识符都是唯一的，只不过这个标识符对用户来说，毫无可读性，一般来说就是一连串，没有意义的数字字母的组合，所以在这个界面，也没有向用户展示出，一个文件的标识符，只是操作系统用于区分，各个文件的一种内部的名称，第三每个文件，会有一个叫做文件类型的属性，比如说我们在常规这个页签，这可以看到，test这个文件的文件类型，它是点TXT类型，指明文件的类型有很多好处，比如说，操作系统可以为不同类型的文件，设置一个默认的打开的，应用程序，比如说点TXT文件，就是默认，用记事本这个应用程序打开的，那像点MP4这样的文件，一般来说就是默认用一个，视频播放的应用程序来打开，并且呈现给用户，所以文件类型也是一个很重要的属性，第四个很重要的属性是文件的位置，那这个位置包括文件的存放路径，这个存放路径是让用户使用的，比如说我的这个test文件，它就是存在地盘的demo这个目录下，那我们普通用户可以根据，文件的存放路径，来一步一步的找到我们想要找的文件，不过这个文件平时是存放在外存，也就是词旁当中的，所以当我们双击打开这个文件的时候，其实操作系统需要从外存，把文件的数据读入内存，因此操作系统也需要，关心，文件在外存当中存放的位置这个问题，只不过在外存当中存放的地址，这个属性，对于用户来说是不可见的，只有操作系统需要关心，那除了上面介绍的这些，很重要的属性之外啊，还有文件的大小，比如说像这个文件，它有186个字节这么大，另外文件在什么时候创立，上一次啊修改的时间是多少，这个文件的所有者，也就是文件的创建者到底是谁，这些信息也是呃，文件当中需要包含的一些属性，另外还有一个很重要的属性，就是文件的保护信息，只不过文件的保护信息这个属性，咱们平时在使用的过程当中，几乎体会不到，那大家可以看一下自己的文件属性，安全这个页签里，大家会发现，其实操作系统对啊，这个系统当中的各种用户，进行了一个分组，那不同分组的用户对于用户，对于这个文件的操作权限是不同的，有的分组的用户，可以对这个文件进行读和写，而有的分组甚至啊也不能读也不能写，不能访问这个呃文件，所以文件的保护信息，可以让操作系统，更好的保护一个文件的安全，如果我们创建的文件，不想让别的计算机用户，来访问的话，那么我们就可以，设置一下他的保护信息，就可以实现这件事，那其实我自己从小就是，文件保护这个功能的一个受害者，因为平时，我自己玩的那些游戏的启动程序，被我爸设置成了呃我这个用户，呃不可读不可写的一种状态，所以只有在家里的电脑中，登录我爸的那个账户的时候，我才能够玩游戏，因为我自己的那个账户，是没有权限访问，游戏的那个启动程序的，所以这是文件的保护信息的一个作用，那接下来我们来看

讲文件内部的数据应该被怎样，组织起来，那在平时使用电脑的过程当中，也使用过各种各样的文件，那有的文件比如说像点TXT这种文件，它是一种，看起来没有很明显的结构特性的文件，那这种文件，它是由一些二进制或者说自符流组成，就是所谓的无结构文件，又称为流式文件，另外在我们用户看来，还有一些文件，表现出了很强的结构特性，比如说咱们使用的Excel表，还有呃有编程经验的同学，可能也使用过一些数据库，那数据库表也是一种，有很明显的这种组织结构的，一种文件，所以对于这种有结构文件来说，它是由一条一条的记录组成，那像这个地方这样的一行，就是一条记录，每个记录又是由一组相关的数据项，组成比如说学号是一个数据项，姓名是一个数据项，性别和专业又是另外的数据项，所以数据项它是文件系统当中，最基本的一个数据单位，因此文件，

可以分为无结构文件和有结构文件，这样两大类，那无结构文件，它就是由一系列啊二进制，或者说自符流组成，它没有明显的结构特性，而对于有结构文件来说，它是由一个一个的记录组成，每一个记录就由一系列的数据项组成，这些记录应该如何组织的问题，也就是这些记录，他们之间应该是顺序的存放，还是用一个缩影表来表示，他们之间的这种先后顺序，这些问题是咱们之后要讨论的，文件的逻辑结构，相关的一些问题，在这个地方暂时不展开，所以文件的逻辑结构要探讨的问题，其实就是文件内部的这些记录，这些数据，应该被怎么组织起来的一个问题，那这是下一个小节当中会讲解的内容，接下来我们再来看

下文件之间应该怎样被组织起来，咱们随便打开一个逻辑词盘，比如说打开一个地盘，那会发现里边有各种各样的文件夹，除此之外还会有各种类型的一些文件，那我们随便打开其中的某一个文件夹，比如说照片这个文件夹，还可以再有更多的文件夹，并且也可以有各种各样的文件，所以其实我们平时使用的这个Windows，操作系统的，文件之间的组织形式，看起来是一种树状的组织形式，一个根目录下可以有各种各样的文件，目录也可以有一些普通的文件，那在各个目录下面，我们还可以创建更深一层的目录，也可以存放一些普通的文件，那其实这个地方所谓的目录文件目录，就是我们熟悉的文件夹，我们普通用户，可以自己创建一层一层的目录，在各层目录当中，存放我们想要存放的一系列的文件，所以我们的各种各样的文件，就通过目录这种功能，把它们有序的组织起来了，那其实我们平时看见的目录或者说，文件夹，它也是一种特殊的有结构文件，那这个有结构文件，它也是由一系列的记录组成，那具体这个目录应该是怎么实现的，这也是咱们之后会重点探讨的问题，这先不展开，总之文件通过目录这样的功能，把他们有序的一层一层的组织起来了，这样很方便我们用户使用，接下来我们

来考虑一下，操作系统应该对它的上层，提供哪些功能，那从我们平时的生活经验出发，比如说，我们可以在随便一个文件目录下，新建一个文本文档这样的文件，点了新建之后，其实啊在背后是使用了，操作系统提供的一个创建文件的功能，在我们点了新建按钮之后，这个图形化交互进程，其实是在背后，调用了操作系统向上层提供的create，系统调用，来完成这个文件创建的一个工作，那在我们创建了文件之后，这个文件的数据就已经在外存当中了，那我们可以双击打开这个文件，为了读取这个文件的数据，那我们需要把，文件的数据从外存读入内存，因为只有读入内存之后，才可以让CPU处理，所以，这个地方就使用到了一个叫做读，文件的功能，在我们双击这个test文件之后，操作系统先是默认的打开了呃，自动的打开了，点TXT对应的那种应用程序，也就是记事，本这个应用程序，那这个应用程序，又调用了操作系统，向上提供的read系统调用，来实现了读文件的功能，通过读文件的功能，就可以把这个文件的数据放到内存，然后就可以呈现在用户面前，那另外，当我们把这个文件编辑结束之后，我们可以保存文件，其实在我们点击了文件保存，那个按钮之后，记事本这个应用程序，在背后也做了一系列的事情，主要是调用了操作系统，向上层提供的这个，right系统调用，right系统调用，就实现了所谓的写文件功能，这个功能就是负责把文件的数据，从内存再写回外存，因为平时我们编辑这个文件的时候，其实只是改变了，文件在内存当中的那个，副本的数据，所以为了保存这个文件的内容，我们必须在使用写文件的功能，那这是第三个，需要向上层提供的很基本的功能，第四个既然我们可以创建一个文件，那么我们当然也可以删除一个文件，那其实在我们点了删除这个按钮之后，这个图形化交互进程，是在背后，调用了，操作系统提供的删除文件的功能，也就是delete系统调用，这样的话，就可以把文件的数据，从外存当中抹除了，那除了咱们平时肉眼可见的这一系列，啊对文件的操作功能之外，操作系统

还需要提供打开文件和关闭文件，这两个呃，基本的功能，那这个地方呢，打开和关闭，和我们平时所谓的双击还有点，那个呃关闭窗口的小叉叉，其实是呃不一样的两个东西，那具体打开文件和关闭文件的时候，需要做什么，这咱们之后再进行探讨，不过大家需要注意的是，在使用一个文件之前，也就是读写文件之前，一定需要先使用操作系统的open，系统调用，也就是打开文件的这个功能，而当一个文件使用结束之后，也需要使用close系统调用来关闭文件，很多对文件的复杂操作，可以用这些基本功能来进行组合，比如说，如果要实现复制文件这样的事情的话，那么其实是可以先，使用这个create，系统调用来创建一个新的空文件，然后再把我们想要呃，复制的那个文件，用读文件的功能把它的内容读入内存，之后再把内存中的数据，再写到这个新的空文件当中，所以，这就写完成了一个复制文件的事情，因此可以看到，其实更复杂的这些功能，也可以用这些基础的功能来进行实现，那操作系统，在处理这些系统调用的时候，在背后需要做哪些事情，这是咱们之后会再展开探讨的问题

接下来我们再来看一下，既然文件它是要存放在外存当中的，而外存又属于一种硬件，从上往下看，操作系统又是最接近硬件的一个层次，因此操作系统需要对硬件进行管理，那相应的，这些文件的数据，应该被怎么放到外存这个硬件当中，当然也是操，作系统需要关心和解决的问题，首先大家需要知道的是，外存也会像内存一样，被分为一个一个的这种存储单元，那每一个存储单元可以放，一定量的数据，比如说是一个字节，并且每个存储，单元会对应一个物理地址，那同样类似于内存的是，内存会被分为一个一个，大小相等的内存块，外存，也会被分为一个一个大小相等的块，或者叫磁盘块物理块，每一个词盘块的大小都是相等的，并且每个词盘块一般会包含，2的整数密格地址，比如说在这个例子当中，一个词盘块包含102四个地址，也就是2的10次方的地址，总共1KB这么大小，那相应的，文件的逻辑地址也可以分为，逻辑快号和框内地址这样的两个部分，操作系统同样，也需要把文件的逻辑地址，转换成外存的物理地址，也就是物理快号，和框内地址这样的形式，块内地址的位数呢，取决于这个词盘块的大小，比如说在这个例子当中，一个词盘块占2的10次方个字节这么多，所以要表示2的10次方个呃物理地址，总共就需要10个二进之位才可以表示，因此在这个例子当中，块内地址的位数应该是10位，操作系统是以快为单位，为各个文件分配存储空间的，所以，即使我们的文件大小只有10个字节，但是它依然会占用一整个块，也就是1KB的字盘块，那另外，操作系统在进行读写文件的时候，也是以快为单位进行这种数据交换的，所以通过这个部分的学习，我们知道外存被分为一个一个，的词盘块，那么当文件比较大的时候，是不是应该连续的存放在这些，啊一些相邻的词盘块当中呢，或者能不能找某一种方法，让文件离散的存放在各个词盘块当中，然后用某一种方式，来记录下这些词盘块的先后顺序呢，那这是咱们之后，在文件的物理结构那个部分，会探讨的内容，那除了分配给文件的这些磁盘块应该，呃怎么组织起来这个问题之外，操作系统还需要关心，怎么管理这些空闲的磁盘块，怎么对这些磁盘块进行分配与回收，这些问题，那这些都是咱们之后会在展开，讲解的问题，所以其实文件的物理结构探讨的是，文件，这些数据在物理上应该是怎么存放，怎么组织的一个问题，而刚才咱们提到的文件的逻辑结构，指的是文件的各个记录，在，逻辑上应该是什么样的一种组织关系，的问题，那这些知识点通过之后的学习，大家会有更清晰的认识，那除了咱们刚

才探讨的这一系列的功能之外，操作系统还需要实现，文件的共享和文件保护这两个，比较重要的功能，所谓的文件共享，就是指多个，用户可以共享的使用同一个文件，而文件保护是指，怎么保证不同的用户，对文件有不同的这种操作权限，就是咱们之前聊到的，就是我的账户不能玩游戏，而我爸的账户可以玩游戏那个问题，那这两个问题咱们会放在，稍微靠后的位置进行讲解，并且会结合Windows，操作系统呃，文件共享还有文件保护的这个，实际应用来进行探讨，好的那么

这个小节，我们初步认识了文件管理大概，需要做一些什么事情，我们简单的介绍了文件的定义，它无非就是一组有意义的信息的集合，那这个理解就行了不需要背，另外对于用户来说，文件名这个属性是特别重要的，文件的类型文件的位置，包括文件的这个存放路径，还有文件在物理上的存放位置，这两个信息都是特别重要的信息，关于文件有哪些属性这个问题，建议大家在网上学习累了的时候，可以自己捯饬一下自己的电脑啊，随便找几个文件点开它的属性看一下，然后这样的话，就可以加深对文件属性，啊相关的一些理解还有记忆，那在之后的讲解当中，我们会依次介绍文件的逻辑结构，还有目录的实现，另外操作系统对，上层提供的一系列的系统调用的功能，在背后做了一些什么事情，这些都是之后会探讨的内容，那除了逻辑上的结构之外，文件在外存当中是怎么存放的，也就是文件物理结构的问题，也十分重要，操作系统又应该怎么对文件的空闲，快进行管理，那这是存储空间管理相关的内容，最后，我们还会介绍文件共享和文件保护啊，这样两个很重要，但是平时咱们很少使用过的功能，那这个小节的内容，只是为了让大家能够对，接下来的这一整张的框架有一，个初步的了解，并且让大家知道，其实文件管理的功能，离我们生活并不遥远，我们每天都在使用，操作系统提供的文件，管理的功能，所以，大家在学习这个章节的内容的时候，可以结合咱们平时的一些，使用文件系统的一些经验，来思考各种各样的，这些这些知识点，到底是什么样的一种情况，好的，那么以上就是这个小节的全部内容

No.2 文件的逻辑结构

各位同学大家好，在这个小节中，我们会学习文件的逻辑结构，相关的一系列知识点，那么在上个小节中，我们也简要的提到过，所谓的文件的逻辑结构，就是指在用户看来，文件内部的数据，应该是怎么被组织起来的，而所谓的物理结构又指的是，在操作系统看来，文件的数据，应该是怎么被存放在外存当中的，那其实在数据结构那门课当中，也接触过很多逻辑结构和物理结构的，问题说线性表它就是一种逻辑结构，在用户看来，线性表，它是一组有先后顺序的元素序列，比如说a b c d e，但是对于一种逻辑结构来说，也可以用不同的物理结构来实现，比如说，线性表可以用顺序表的方式实现，也可以用列表的方式实现，如果用顺序表的方式实现的话，那么就意味着，各个在逻辑上相邻的元素，在物理上也是相邻，也是按照这样的顺序来存放的，而如果采用的是链表这种物理结，构的话，就意味着这些元素在逻辑上虽然相邻，但是在物理上可以不相邻，所以基于这样的特性，顺序表可以实现随机访问，而链表又无法实现随机访问，所以从这个地方我们也可以看出，算法的具体实现和逻辑结构，物理结构都是有关的，那文件也是一样，文件的操作的具体实现，也和文件的逻辑结构，物理结构都有关系，那这个文件，可以分为无结构文件和有结构文件两，种我们需要重点讨论的是，有结构文件的这几种逻辑结构，上个小节中我们已经知

知道所谓无结构文件，它其实就是由一系列的二进制流，或者说自符流组成，又称为流式文件，比如说，像咱们Windows操作系统里的扁PXT文件，就是一种很典型的无结构文件，那由于这种结构，没有很明显的这种结构特性，所以我们也不必要来讨论，它的这种逻辑结构的问题，因此我们重点关注的是有结构文件

它有一组相似的记录组成，又称为记录式文件，而每条记录又由若干个数据项组成，比如说像我们的数据库表文件，像这个例子当中这就是一张数据库表，记录了各个学生的信息，包括学号，姓名，性别还有专业这样的啊四个数据项，那一般来说，每条记录可以有一个数据项，作为关键字，像这个数据库表当中啊，就可以用学号这个，数据项作为关键字来作为啊，识别不同记录的一个ID，那每个学生会对应一条记录，每条记录又由若干个数据项组成，其中的学号可以作为记录的关键字，那这是有结构文件，它有一系列的啊记录组成，根据各条记录的长度，也就是占用的存储空间是否相等，又可以把这些记录，分为定长记录和可变长记录两种，比如说，像刚才咱们提到的这个例子当中，可以用32个字节来表示学号，32个字节表示姓名4个字节表示性别，然后用60个字节表示学生的专业信息，所以既然每一个数据线的长度都相同，啊，每一条记录的这个总长度也是相同的，也就是128个字节，并且在定长记录当中，每个数据项，在记录当中所处的位置都是相同的，不过可变长记录的啊这种有结构文件，其实才是咱们生活当中，最常见的一种有结构文件比如说

有一张表，它记录了每个学生的一些基本信息，还有啊学生的特长，像张三的特长就是腿特长，然后李四是腿毛特长，呃，二狗这个人他又可以熟读唐诗三百首，琴棋书画一样精通，上得了厅堂下得了厨房，精通教育CGI，Python还有任意一种教文语言，后面还有很多很多他的，关于他特长的描述，而又有一些同学他是没有特长的，因此由于每个记录的特长，这个数据项长度是不确定的，有的特别多有的又特别少，有的甚至没有，所以像这些记录，它就是一种可变长的记录，那像之前的那个例子当中，专业这个数据项用几个字就可以描述，所以即使我们给，各个学生的专业那个数据项，分配了总共，固定60个字节的这种长度，那即使有存储空间的浪费，也不至于特别明显，但是像这个例子当中，如果我们给每个，学生的特长这个数据项都分配一个，巨长巨大的一个一个存储空间的话，那显然有的学生，对这个数据项的存储空间利用，是很不充分的，那这样的话，就会导致，存储空间利用率极低的一个问题，所以在这个例子当中，最好是让这个有结构文件的这些记录，是可变长的记录，那接下来我们需要再讨论，这些记录，应该在逻辑上怎么被组织起来的问题，也就是有，结构文件的逻辑结构的问题

分为顺序文件，锁影文件和锁影顺序文件这三种，我们首先来看顺序文件这种逻辑结构，如果是顺序文件结构的话，那么文件中的这些，记录会一个接一个的顺序的排列，这些记录可以是定长的，也可以是可变长的，并且各个记录在物理上可以是，顺序存储，也可以是链式存储，如果说这些记录是顺序存储的话，那么在逻辑上，相邻的这些记录在物理上也是相邻的，这就类似于咱们之前提到的，顺序表那种，数据结构，而如果说采用的是，链式存储这种物理结构的话，那么逻辑上相邻的这些呃记录，在物理上不一定相邻，就类似于咱们之前的那个，链表，那根据这个记录，是否按照关键字的顺序来排列，又可以把顺序文件分为，串结构和顺序结构这两种，串结构啊，就是指记录之间的顺序与关键字无关，如果是串结构的话，那么记录之间的顺序，一般来说，是按照这个，存入的时间先后顺序来决定的，如果采用的是顺序结构的话，就必须保证，记录之间的这个先后顺序，是按照关键字的顺序来排列的，那显然，记录到底是定长的还是可变长的，这些记录是否按照关键字有序的排列，另外呃，这些记录在物理上到底是顺序存储，还是链式存储，所有的这些区别都会影响顺序文件，到底能不能实现某一些呃操作的功能，那接下来我们会重点讨论两个问题，假设我们已经，文件的起始地址，也就是第一个记录的存放位置的话，那么我们是否能够快速的找到第二，个记录对应的地址呢，也就是说，是否能实现这些记录的随机存取，随机访问这件事情呢，第二个问题，我们能不能快速的找到，某一个关键字，对应的记录存放的位置呢，那我们会根据这些，呃各个条件的不同来进行探讨

我们直接给出结论，假设一个顺序文件，在物理上是采用，链式存储的方式来实现的话，那么无论这个顺序文件，它是定长记录还是可变长记录，也无论它是呃创结构还是顺序结构，它肯定都无法实现随机存取，每次只能从第一个记录开始一，次往后寻找，那这个和我们的链表很类似，如果我们要在一个链表当中，找到某一个呃，元素的话，那么我们每次都只能从链头开始，依次往后寻找，因为各个元素之间的存储位置，它并没有规律，它都是离散的，所以我们并不能直接计算出，某一个元素在物理上的存放地址，因此如果我们采用的是链式存储的话，那么对这个顺序文件的记录的检索啊，查询都是不太方便的，那如果说采用的是顺序存储，这样的物理结构的话，是不是会有所不同呢，假设采用的是顺序存储的物理结构，并且这个文件是可变长记录的文件，那它依然是无法实现随机存取的，每次只能从第一个记录开始，依次往后查找，来看一下为什么，由于这个文件的记录是可变长的，也就是每个记录的长度不一样，所以必须在每个记录之前，用一定的，存储空间来表示这个记录的长度，假设，这个记录长度可以用一个字节来表示，那第0条记录它的逻辑地址是0，第二条记录就应该是第0条，记录的长度L0，再加上它的这个记录长度，这个字段占用的字节数一个字节，所以L0加一，这是第一个记录啊对应的逻辑地址，相应的，应该是之前所有的这些记录的长度，之和，再加上所有的这些记录的这个长度，字段所占用的字节，每一个占用一个字节，那前面总共有挨个记录的话，总共就会占用挨个字节，所以由于这个文件中的记录是可变长，的L0 L1 L2，这些数据并不会呈现出某种规律性，因此我们想要找到某一条记录，对应的地址的话，那么只能从第一条记录开始，依次往后寻找，因此，如果说这个文件是可变长记录的文件，那么，即使它采用了顺序存储的这种方式，依然无法实现随机存取，那如果说，这个文件是一个定常记录的顺序文件，并且在物理上，是采用顺序存储的方式的话，情况就不一样了，这就可以实现随机存取，假设每个记录的长度固定为l，并且这些记录在物理上是顺序存储的，那就意味着，各个逻辑上相邻的记录，在物理上也是相邻的存储的，所以啊第0个0号记录的这个呃，逻辑地址为0的话，那么i号记录的逻辑地址，直接可以用i乘以l，就可以直接得到，因此如果是定常记录的顺序文件，并且在物理上也是顺序存储的话，那么是可以实现随机存取的功能的，那如果说这个顺序文件是创结构，也就是说这些记录的顺序，和他们的关键字顺序是没有关系的话，那这就无法，快速的找到某个关键字对应的记录，因为，它并不是按关键字的顺序来排列的，所以我们每次只能从头开始，依次往后便利的寻找呃，这个关键字对应的记录，但是，如果说这个定常记录的顺序文件，采用的是顺序结构的话，那么也就意味着，这些记录，是按照关键字的顺序来排列的，那这样的话，我们就可以用呃向折办查找啊之类的，一些方法，来快速的找到，某一个关键字对应的记录，那到这个地方，我们就回答了之前提出的两个问题，关于，是否可以实现对各个记录的随机存取，这件事我们得出的结论是，如果说物理上采用的是链式存储，那么，肯定是无法实现记录的随机存取的，而如果说，物理上采用的是顺序存储的话，那么可变常记录的顺序文件，是无法实现随机存取的，而定常记录的这个顺序文件，是可以实现随机存取的，如果说在这个基础上，再能保证啊这个定常记录的顺序文件，它是一种顺序结构，也就是按照关键字的顺序来排列的话，那么我们就可以实现，快速的解锁某一个记录的这个功能，那一般来说，中所指的顺序文件，默认的是指这个物理上，采用顺序存储的这种顺序文件，所以我们不需要考虑，各个记录练式存储的这种情况，在之后我们的讲解当中，在提到顺序文件的时候也是默认如此，那显然在顺序表那种数据结构当中要，增加或者删除一个元素是比较困难的，同样的，如果采用的是顺序存储的这种，结构的话，那么他要删除或者增加一个记录也是，比较困难的，不过如果采用的是创结构的话，那么由于不需要保证各个记录，按照关键字，来排序，因此对于创结构的这个顺序文件来说，增加和删除一个记录，相对来说要简单一些，我们只需要，很简单的把要增加的那个记录，插到这个文件的末尾就可以了，那在实际应用当中，为了减少字盘的IO次数，一般来说，系统操作系统会管理一个日志文件，用这个日志文件，来记录啊，对这个文件当中的各个记录，进行修改的一些信息，然后每隔一段时比较长的时间，再把这些，信息统一的合并到外存当中的这个，文件数据当中，比如说每隔一个小时才合并一次，或者说每隔10分钟才合并一次，这样的话就可以减少，对于顺序存储的顺序文件进行增伤感，所带来的一些啊，开销了，不过这个知识点只是简单的提一提，在考试当中并不会进行考察，那以上的这些内容，是顺序文件这种逻辑结构当中，需要特别注意的一些，啊知识点，特别是定长记录可以实现随机存取，而可变长记录不可以实现随机存取，这两件事，接下来我们

再来看第二种逻辑结构所以文件，通过之前的讲解我们知道，如果说一个顺序文件，它是可变长记录的话，那么要找到第二个记录，就必须先顺序的查找i，前面的i减一个记录，在实际生活当中有很多应用场景，又必须使用可编常记录，能不能解决，可编常记录的这种查找速度，慢的问题呢，能否让可编常记录的文件，也实现啊可以随机访问的这个功能呢，基于这个需求，人们提出了所以文件这种逻辑结构，每个文件会建立一张所以表，并且每一个所以表的表象，会对应这个文件的一条记录，文件的这，些记录在物理上不需要连续存放，但是这个所影表的各个表象，在物理上是需要连续存放的，另外每一个所影表的表象的，这个大小都是相等的，比如说所影号长度指针，这三个字段分别占4个字节，那么一个所影表的表象，总共就需要占12个字节的长度，因此锁影表本身，也可以理解成是一种定常记录的，顺序文件，那经过之前的讲解我们也知道，定常记录的顺序文件，是可以支持随机访问的，所以我们可以快速的找到，第二个记录对应的锁影表象，到底是存放在什么地方，另外呢如果我们，把这个关键字作为索引号的内容，并且让索引表当中的这些表象，按照关键字的顺序来排列的话，那么我们就可以，让这个索引文件支持折办查找，这样的话，就可以大幅度的提升索引文件的，检索速度，不过既然，每一个文件的记录会对应一个缩，影表象那么，我们要增加或者删除一个记录的时候，当然也需要，把对应的这个表象进行相应的处理，那要增加一个记录的时候，也需要增加一个相应的缩影表象，要删除一个记录的时候，也需要把它对应的这个缩影表象也给，删除通过之前的讲解我们发现，锁影文件这种逻辑结构，可以支持很快的检索速度，所以这种逻辑结构，主要是用在，对于信息处理的及时性要求很，高的那种场合，另外呢，除了用这个关键字作为锁引号之外，我们还可以用别的不同的数据箱，作为锁引号，来来为一个文件建立多个锁影表，比如说像之前咱们提到那个例子，学生信息表当中，我们可以为关键字学号，来建立一张锁印表，同时也可以用，姓名这个字段来建立一张锁印表，这样的话，我们就可以根据学号，快速的找到对应的呃那个记录，也可以根据姓名快速的找到，对应的那个记录了，那如果说学过数据库的同学就知道，在circle语言当中，就可就可以用一条circle语句，就完成为某一个字段，建立一张所以表的这种功能了，那这是所以文件，接下来我们再

再来看最后一种啊，逻辑结构所影顺序文件，我们思考一下，所影文件表现出来的缺点，每个记录会对应一个所以表的表象，因此如果所以表的表象比较大的话，那么所以表也会占用很大的这个，存储空间，比如说，如果文件当中的每个记录平均只占，8个字节，但是每一个锁影表的表象，需要占32个字节，那么锁影表，的长度都要比文件内容本身要大4倍，那这样的话，存储空间的利用率就太低了，所以为了解决这个问题，人们提出了锁影顺序文件，它是一种锁影文件，和顺序文件思想的结合，与锁影文件类似的是，锁影顺序文件当中同样会为一个文件，建立一张锁影表，但是与所影文件不同的是，所影顺序文件当中，并不会为每一个记录，建立一个对应的所影表象，而是会给这些记录进行分组然后，每一个分组对应一个所影表象，比如说在这个例子当中，就是按照学生的姓氏，把学生记录进行了一个分组，然后每一个分组，会对应一个所影顺序文件的所影项，每一个锁影像记录了这个分组的名字，还有这个分组存放的一个位置，那从这个地方可以看到，锁影顺序文件的锁影像，并不需要按照关键字的顺序来排列，那这样的话，是可以更方便，我们对新表象的插入操作的，也就是说锁影顺序文件的锁影表，它其实是一个定常记录的串结构的，啊顺序文件，另外，这样的一个分组就是一个顺序文件，那可以看到，采用了锁影顺序文件，这种逻辑结构之后，锁影表的表象是少了很多的，所以我们完成了刚才提出的那个需求，也就是对啊，锁影表进行了瘦身减肥的工作，那如果采用这样的策略的话，会不会出现啊检索速度慢的问题呢，我们来分析一下假设

一个顺序文件有1万个记录，那根据关键字解锁这个文件的时候，每次只能从头开始顺序的查找，那我们要找到，这个关键字对应的记录的话，就平均需要查找5,000个记录，但是如果我们把这个文件改造成这种，啊，锁影顺序文件的这种逻辑结构的话，我们可以把这1万个记录平均分为100组，然后每组100个记录，这样的话，我们要查询某一个关键字对应的记录，首先是需要顺序的查找这个锁影表，找到这个关键字对应的那，个分组，那由于这个锁影表只有100个锁影像，因此平均只需要查找50次，就可以找到一个关键字对应的分组了，那相应的找到了它对应的分组之后，在这个分组内有100个记录，因此接下来我们需要，顺序的查找这100个记录，那平均只需要查找50次，就可以找到这个关键字对应的记录，存放的位置了，所以其实，采用了这种所以顺序文件结构之后，平均的查找次数就减少为了50+50，总共100次，因此这种逻辑结构，也是具有比较好的解锁性能的，同样的道理，如果说一个文件有10的6次方格记录，那我们可以把它分为1,000组，每每个分组是1,000个记录，根据关键字来解锁一个记录，就平均需要500+500总共1,000次查询，那这1,000次，其实查找的次数依然是很多的，那怎么解决这个问题呢，那我们可以建立多，

，多级锁影，因为刚才所说的这个例子来说，我们可以为这个文件先建立一张，d级锁影表，那每一个锁影表对应100个表象，每一个表象又对应一个分组，每一个分组当中又是100个记录，那不难算出，我们总共会有100张d级锁影表，因此我们又可以为这100张d级锁影表，再建立一个顶级的锁影表，这样的话就形成了两级锁影顺序文件，那顶级锁影表中总共有100个表象，地级锁影表中，每个锁影表中也是有100个表象，那每一个表象又会对应一个分组，每个分组中又会有100个记录，因此如果我们按照这样分组的话，那根据一个关键字来检索一个记录，平均需要查找的次数就是，这个地方需要查50次，这个地方需要查50次，这个地方还需要查平均50次，那总共平均需要150次的查找，就可以找到，我们想要找的那个目录像了，好的那么这个小节当中我们介绍

文件的逻辑结构，无结构文件，由二进制流或者自符流组成，没有明显的逻辑结构，所以这个地方不我们不展开探讨，我们需要重点掌握的是，有结构文件的这几种逻辑结构，分为顺序文件，锁影文件和锁影顺序文件，而有结构文件它是由记录组成的，分为定常记录和可变常记录，那我们在考试中，遇到的所谓的顺序文件，指的是，默认各个记录在物理上顺序存储的，呃这种物理结构，需要重点注意的是，对于可变长记录的顺序文件来说，它是无法实现随机存取的，但是定长记录可以，可编长记录的顺序文件，每次在查询的时候，只能从头开始依次往后查找，第二个需要注意的点是，定常记录顺序结构的顺序文件，可以快速检索，所谓的顺序结构就是指这个，这些记录按照关键字的顺序依次排列，所以由于这些记录排列的顺序，是有规律可循的，因此我们可以用，像折办查到之类的方法，来快速的找到一个关键字对应的记录，那在锁影文件这种逻辑结构中，我们需要注意的是锁影，表本身就是一种定常记录的顺序文件，而如果说锁影表按照关键，字的顺序排列，那它同样也可以像之前所说的这样，支持啊快速解锁的功能，也就是根据某一个关键字，来快速找到某一个记录的，呃功能，那由于快速检索的这个功能和特性，因此锁影文件也经常被使用在那些，对于检索速度，要求很高的那些场景当中，那在最后我们介绍的锁影，顺序文件当中，除了要理解它的这一些原理之外，我们还需要会动手计算平均查找次数，好的，那么以上就是这个小节的全部内容，

No.3 文件目录

同学大家好，在这个小节中，我们会介绍文件目录，这个特别重要的知识点，那么在我们平时生活当中，对文件目录的使用其实很频繁的，比如说像Windows系统里，我们随便打开一个逻辑词盘，比如说d盘，里面就有很多各种各样的文件夹，或者说文件目录，并且在这个d盘下面，它也会有一系列的普通的文件，打开其中的某一个文件夹，文件目录之后，里边也还会有更深一级的文件目录，还有一些普通的文件，那像这种一层一层的目录结构，对于我们用户来说有什么好处呢，很显然我们通过这样的目录结构，可以很方便的找到我们的这些，想要找的这个文件，可以使整个文件的存放的组织结构，非常清晰，易于我们查找，如果有编程经，验的同学应该也写过，操作文件相关的一些函数，比如说像打开文件这个操作，他其实就是用我们提供的文件路径名，作为参数，然后根据这个路径一层一层往下去，找到我们想要让，这个程序控制的那个文件的，所以采用这样的目录结构的话，可以让用户很轻松的实现，按名存取这件事情，那从操作系统的角度来看，这些文件目录应该是怎么实现的呢，这是我们在这个小节中，需要重点探讨的问题那

所谓的文件目录，其实就是我们很熟悉的Windows，操作系统的文件夹，要实现文件目录的功能，需要有一个很关键的数据结构，文件控制快的支持，所以，我们首先会介绍什么是文件控制快，操作系统又是怎么用这种数据结构，来实现文件目录的，另外随着计算机的发展，文件目录的结构也出现了不同的变化，目录结构之后出现了两级目录，再之后出现了竖形目录，无环图目录结构，那最后，我们会介绍锁影节点相关的知识点，其实锁影节点这种机制，它是对文件控制快的一个优化，那我们会按从上至下的顺序依次讲解，那我们首先来

看一下什么是文件控制块，打开电脑中的d盘这个根目录，会发现这个根目录下面，有一系列的文件夹，或者说一系列的文件目录，还有一些呃普通的文件，那对于这个d盘这个根目录来说，它对应的目录文件就应该是这个样子，其实就是用一个所谓的目录表，来表示这个目录下面啊，它存放了哪些东西，那在地盘当中的每一个文件，每一个文件夹，都会对应这个目录表当中的一个表象，所以其实这些一条一条的目录像，本身就是一个一条一条的记录，所以目录文件，其实本身就是一种有结构的文件，它是由一条一条的记录组成的，而每一条记录，会对应在这个目录下面的一个文件，因此我们在这个地方看到的目录，其实它也是一种特殊的文件，那可以看到在这个表当中，标识了文件的文件名是什么，还标识了文件类型，比如说像照片这个文件，它其实是一个目录文件，所以它的类型标识是目录，那像对账单这个文件，它的类型就是TXT文件，另外呢在这个地方，我们还需要注意一个很重要的信息，就是在这个表象当中，记录了这个文件，在外存当中存放的物理地址，放在外存中的什么位置，所以其实我们双击打开目录的时候，操作系统在背后做的事情是，他会来查询这个根目录，地盘这个根目录的目录文件，然后找到照片这个文件对应的目录像，之后根据这个目录像当中记录的，呃文件的存放位置，从外存当中读入，照片这个目录文件的数据，这样的话，就可以知道照片这个目录下面，还有哪些内容，那这些内容就可以显示啊，展示在我们用户面前了那

打开照片这个目录之后，会发现里边有一系列的文件，那么同样的，照片这个目录对应的目录文件，它也是由一条一条的目录像组成的，每个目录像会对应其中的一个文件，那其实目录文件，当中的这样的一条记录，它就是一个文件控制块，英文缩写是SCB，所以其实这些FCB的有序结合，就是所谓的文件目录，而一个FCB就是一个文件目录像，那很显然每一个文件都会对应一个FCB，另外从这个例子中我们可以看到，SCB中包含了文件的一些基本信息，包括文件名物理地址，还有文件的逻辑结构，物理结构等等一系列的基本信息，另外还会有文件存取权限，存取控制相关的一些信息，包括文件是否可可读是否可写等等，那除了这些之外，还会有文件的一些使用信息，包括文件是在什么时候建立的，上次修改的时间是多少等等，不过所有的这些信息当中，最重要的还是文件名，还有文件的存放的物理地址，这两个信息，因为SCB存在的最重要的一个作用，其实是为了实现让用户啊按名存取，就是按照文件的名字，来操作一个文件这样的事情，所以FCB，它必须建立起，文件名到文件实际存放的物理地址，这样的一个映射关系，因此最重要最基本的应该是文件名，还有物理地址这样的两个数据，那除了这个地方提到的这些信息以外，其实咱们之前提到过的，文件的各种各样，的那些属性，也可以存放在文件对应的，SCB文件控制块当中，那接下来我们再来

来看一下，我们需要对文件目录进行哪些操作呢，首先为了让用户能够实现按名存取，那为了实现这件事，肯定是需要，有一个目对目录搜索的过程，当用户需要使用一个文件的时候，系统需要根据这个文件名来搜索目录，然后找到这个文件名对应的目录像，第二当我们创建一个文件的时候，这个文件肯定是，放在某一个目录当中的，所以在这个文件所属的目录当中，就需要增加一个目录像，那与创建文件相反，呃当我们删除一个文件的时候，除了删除文件数据本身之外，也需要删除这个文件，在目录当中对应的这个目录像，另外呢，系统还需要提供显示目录的功能，因为用户在呃查看各级目录的时候，肯定是需要知道，这个目录下一集到底还有哪一些，文件哪一些目录，所以这个功能也是必须实现的，那在显示目录的时候，可以显示与这些文件相关的一些属性，这点大家可以在自己的Windows电脑上，具体看一下，那最后我们需要知道的是，文件的各种属性是保存在目录当中的，所以如果说文件的，某些属性发生变化的时候，那其相应的肯定需要修改，与他对应的那个目录像的内容，比如说我们对一个文件重命名，那么我们就需要，把这个文件对应目录像的文件名，这个信息给，修改掉那这就是一般来说，需要对目录进行的一些操作，那通过之前的讲解我们知道，由文件控制快的有序集合，就组成了文件的目录，在操作系统发展

过程当中出现了各种各样的目录结构，在刚开始出现的叫做单级目录结构，早期的操作系统，他，只会在整个系统当中建立一张目录表，每个文件会占用一个目录表的目录像，那这种单级目录结构是支持，按名存取的，因为这个呃FCB当中，其实也是包含文件名这个，关键字，但是单级目录最大的一个缺点，就是不允许文件重名，可以想象一下，各个目录像的关键字是文件名，那么如果说出现了重名文件的话，比如说有个文件叫a，另一个文件也叫a，那么当我们告诉操作系统我们要，按照文件名a来存取一个文件的时候，那，操作系统到底应该选择哪一个文件呢，因因此在单级目录结构当中，是不允许文件重名的，所以我们在创建一个文件的时候，首先需要检查这个目录表当中，到底有没有重名的文件，确定不重名之后才允许建立新文件，并且把新文件对应的那个呃目录像，也叫SCB插入到这个目录表当中，那如果说，这个计算机有很多用户在使用的话，那显然，不同的用户的文件名是很容易重复的，因此单级目录结构，不适用于多用户操作系统，那为了解决这个问题，后来人们提出了两级目录结

在这种目录结构当中，会把目录分为两级，第一级叫做主文件目录，英文缩写是MFD和用户主文件目录，英文缩写是UFD，那主文件目录就是记录了用户名，还有啊，这个用户名对应的用户文件目录，存放的位置，而一个用户文件目录，又由这个用户，的那些文件对应的FCB组成，那由于不同的用户，文件是存放在不同的，用户文件目录下的，所以在这种情况下，如不同用户的文件是允许重名的，比如说像呃user一这个用户，它有一个文件名叫demo的文件，user 2这个用户，它也有一个文件名叫做demo的一种，文件，不过虽然他们的文件名是相同的，但是他们实际对应的文件数据，是不同的两个数据，那除了允许不同用户的文件重名之外，在采用了两级目录结构之后，也可以通过目录来实现访问限制，如说user一想要访问user 2的这个呃，用户文件目录的话，那操作系统可以验证一下，user一和user 2这两个名字是否匹配，那发现它不是user，就可以拒绝访，让它访问user 2对应的这个，用户文件目录，因此采用了这种两级目录结构之后，还是很方便实现这种，对于访问的限制的，但是采用这种目录结构的缺点就是，用户不可以把自己的文件进行分类，因此人们又提出了多级目录结构又叫

竖形目录结构，那这也是现代，操作系统当中很常用的一种目录结构，每一个目录，下面可以有更低一级的目录，同时在各个目录下面，也可以有一些普通的文件，并且不同目录下的文件是可以重名的，那和刚才一样，不同目录下的文件，虽然说名字是相同的，但是，他们实际对应的文件并不是同一个，那如果说采用的是多级目录结构的话，用户或者用户进程，想要访问某一个文件的时候，就需要用文件的路径名标识符，来让操作系统根据这个文件路径名，找到这个文件存放的位置，那各级目录之间，一般来说是用这个小斜线来隔开的，从根目录出发的路径称为绝对路径，比如说，像自拍点jpg这个文件的绝对路径，也就是从根目录出发的路径，就应该是，根目录下面的照片这个目录，然后，照片这个目录下面的201508这个目录，在201508这个目录下面，才可以找到自拍这个文件，对应的目录像，那用户或者说用户进程想要访问这个，文件的时候，就需要把这个呃路径名告诉系统，然后操作系统会根据这个绝对路径，一层一层的往下找下一集的目录，刚开始他会从外存当中，调入跟目录对应的这个目录表，也就是这个目录文件然后，然后找到照片这个目录存放的位置，然后又从外存当中调入照片，片这个目录文件，然后再从这个目录当中找到201508，这个目录，在外存当中，存放的位置，于是还需要再从外存调入，呃201508这个目录对应的目录表文件，那最后再查询这个目录表，才能找到自拍点jpg，这个文件存放的实际位置，所以如果从根目录这个地方开始，一层一层往下寻找的话，那整个过程需要三次读字旁的IO操作，第一次是读入这集的目录，第二次是读入这集的目录，第三次是读入这集的目录，不过在实际生活当中，用户经常会访问同一个目录，内的多个文件，比如说一个用户，他在连续的查看201508这个目录下面的，各种各样的照片，那，那就意味着这个目录当中的那些内容，是经常会被访问的，但是如果每一次访问201508当中的文件，都需要从根目录开始，一层一层的往下寻找的话，那显然每一次都需要三次读词方操作，这是很低效的，所以我们可以设置一个当前目录，比如说此时，我们已经打开了照片这个目录文件，也就是说，照片这个目录文件，已经是从外存掉入内存当中的了，那我们可以把照片这个目录设置为，当前目录，当用户想要访问某个文件的时候，就可以从当前目录出发，然后找到自己想要的那个文件，那从当前目录出发的这种，文件路径就叫做，相对路径，比如说像Linux系统当中，如果说当前目录是照片这个目录，然后我们想要，用相对路径来表示自拍点jpg，这个文件的话，那么它的相对路径就是当前目录下面，的201508这个目录下面的，拍点jpg这个文件，所以如果从当前目录出发的话，那么想要找到自拍点jpg存放的位置，我们只需要，先查询，内存当中当前目录的这个目录表，找到201508这个目录文件，在外存当中的存放位置，然后把这个目录调入内存，于是再从这个目录当中找到自拍点jpg，存放的位置，那这样的话，整个过程只需要经过一次读词旁操作，就可以知道自拍点jpg存放的位置了，所以可以看到，在引入了当前目录和相对路径，这种机制之后，词盘l的次数减少了，这就提升了访问文件的效率，不过竖形目

目录结构也并不是万能的，它可以很方便的对呃文件进行分类，层次结构清晰，也也可以很方便的对文件进行，管理和保护，但是竖形结构不便于实现文件的共享，那，竖形目录结构不便于实现文件共享这，一个知识点，也是经常在选择题当中进行考察的，那为了解决这个问题，人们又提出了无环图目录结构其实

无环图，目录结构和竖形目录结构也比较相似，只不过是在竖形目录结构的基础上，增加了这样的一些，指向同一个节点的有向边，使整个目录的结构，看起来是成为了一个有向无环图，那有向无环图相关的知识点是在，数据结构当中进行学习的，那这样的话就很方便的可以实现啊，多个用户间的文件共享，那这个地方大家可能也会发现，可以用不同的文件名指向同一个文件，也就是说，user一这个用户可以用demo这个文件名，找到这个文件，而user 2这个用户可以用my demo这个，文件名找到这个文件，他们指向的都是同一个，这个文件是被他俩所共享的，那除了共享一个文件之外，甚至可以共享同一个目录，因为目录，其实本身也是一个特殊的文件，那在引用了共享功能之后，对于文件的删除，就不能像以前那么简单，只要一个用户让删除一个文件，就把这个文件的实际数据给删除，因为这个文，件有可能是被多个用户使用的，所以为了解决这个问题，可以为每一个，这种共享节点设置一个共享计数器，比如说此时这个文件，是正在被两个用户共享的，那么共享计数器就应该是2，那此时如果用户一提出，要删除文件这个请求的话，那那其实操作系统只是会把user，一对应的这个目录，像给删除，并且让共享计数器减一，而这个文件，实际的内容并不会被直接删除，只有这个共享计数器的值，减为0的时候，就意味着这个文件，不再被任何用户所使用，那在这个时候，才可以把这个共享文件真正的删除，那大家需要注意的是，共享文件和复制文件其实并不一样的，如果说user一只是复制了一个user 2的，这个文件的话，那其实他们俩所拥有的这个文件，并不是同一个文件，当user一，对自己的这个文件，副本进行修改的时候，原来的这个文件的数据并不会改变，如果说这个文件，是被两个用户所共享的话，那么由于他们指向的，其实都是同一份文件的数据，因此只要，其中的一个用户，对这个文件数据进行更改，那另一个用户那边，也是可以看到这个文件数据的变化的，那以上就是我们需要，掌握的4种目录结构，单级目录结构，两级目录结构，竖形目录结构和无环图目录结构，最后

我们来介绍一下什么是锁影节点，这其实是对，FCB这种数据结构的一种改进，通过之前的学习我们知道，由一系列的FCB，也就是文件控制块，组成了一个一个的文件目录，但是其实，操作系统在查找各级目录的过程当中，只需要使用文件名这个信息就可以了，而其他的这些种余的信息暂时不需要，那只有文件名匹配的时候，才需要去关心，这个文件存放的物理位置，所以我们可以考虑，让这个目录表进行一个简化，来提升这个搜索的效率，那由于按照文件名来搜索目录的时候，并不需要关心除了文件名之外，其他的所有的信息，因此可以把其他的这些信息，放到另外一个地方，也就是锁影节点当中，那除了文件名之外，像文件的类型，文件存放的物理位置等等这些信息，都会放在文件对应的锁影节点当中，每一个文件都会，有一个唯一的锁影节点，而采用了锁影节点这种机制之后，目录当中只包含文件名，还有指向，锁影节点的指针这样的两个信息，那这样的话，这个目录表，所需要占用的空间就会小很多，那我们来看一下，采用这种方式到底是怎么加快我们呃，啊查找一个文件的效率的呢，我们假设一个文件控制块是64个字节，一个词盘块的大小是1KB，那么每个词盘块只能存放16个FCB，也就是说，每个词盘块只能有16个目录像，因此如果一个文件目录当中总，总共有640个目录像的话，那么这么多的目录像，总共需要40个磁盘块才能存储，那在这种情况下，我们按照文件名来检索这个目录，平均需要查找320个目录像，那由于320个目录像需要，20个磁盘块才可以存放的下，所以平均就需要启动磁盘20字，因为每次启动词盘的读操作，都只能读入一个词盘块的内容，但是如果我们采用的是锁影，节点机制的话，假设文件名只占14个字节，然后锁影节点的指针是占两个字节，那么，每个词盘块就可以存放64个目录像，于是我们根据文件名，按顺序来解锁这个目录的时候，平均需要查询320个目录像，而320个目录像，只需要5个磁盘块就可以存放了，所以如果采用的是这种方式的话，那么只需要5次启动磁盘的操作，那由于l操作都是比较耗时的，所以启动磁盘的次数减少了很多，那么在检索文件的时候速度也会提升，很多所以，这是把其他的这些种余信息，全部放到锁影节点当中，所带来的一个好处，就是让文件的检索速度更加的快捷，那系统根据文件名，找到它所对应的锁影节点，之后需要把这个锁影节点调入内存，之后再根据这个锁影节点当中，保存的文件存放位置，就可以找到这个文件了，在外存当中的锁引节点称为，磁盘锁引节点，当锁引节点放入内存之后，就称为内存锁引节点，相比于磁盘锁引节点来说，内存锁引节点需要再增加一些信息，比如说记录这个文件是否被修改，或者记录，此时，到底有几个进程正在访问这个文件，等等这一系列的信息，好的那么在这个小列当中

我们学习了文件目录相关的内容，大家需要呃理解文件FCB，目录像，还有目录之间的一个组成的关系，另外大家也需要理解并记住，在单级两级还有多级目录结构当中，最主要的这个问题缺点到底是什么，那其实每一种目录结构，都是解决了上一种目录结构，留下的这个最最主要的问题，在多节目录结构当中，大家需要注意绝对路径，相对路径，还有当前目录这样的几个概念，并且需要能够理解，为什么根据相对路径来解锁文件，可以减少次盘l的次数，那其实背后的原因在于，每查询下一集的目录的时候，都需要启动磁盘IO，呃把下一集目录对应的目录文件，从外存调入内存，那多级目录结构当中，不方便实现文件的共享，但是无环图目录结构，很方便的可以实现文件共享，但是需要注意的是，每个共享节点会有一个共享计数器，只有这个共享计数器的数值，为0的时候，才可以真正的删除这个共享节点，那最后，我们介绍了文件目录的一个优化方式，除了文件名之外的所有信息，都放到锁影节点当中，这样的话就可以让，目录表的表象就大幅度的减小，从而每个词盘块，可以存放更多的目录像，因此，我们根据文件名来检索文件的时候，就可以有更少的词盘IO的次数，那为什么词盘IO的次数会更少，这点大家也需要理解，那么这个小节内容十分重要，很容易在选择题当中进行考察，那大家还需要，通过科考习题进行进一步的巩固，好的，那么以上就是这个小节的全部内容

No.4 文件的物理结构

各位同学大家好，在这个小节中，我们会开始学习文件的物理结构，也就是文件分配方式，相关的一系列问题，那么这个小节的内容十分重要，在历年的考试当中，都经常出现2到3题的这种选择题，甚至经常会在大题当中进行考察，所以这个小节的内容，我们会讲的比较细致，会补充一些课本上没有提到的点，那么在之前的学习当中，我们知道，操作系统，它作为最接近硬件的一个软件层次，需要对硬件进行管理包，括外存也就是磁盘进行管理，那么操作系统对磁盘的管理，主要是需要啊做这样两件事，一是需要对非空闲磁盘块进行管理，那么非空闲磁盘块，也就是存放了文件数据的那些磁盘块，那这就是这个小节要重点探讨的，文件物理结构，文件分配方式的问题，另外呢还需要对空闲的磁盘块，也就是暂时还没有存放，任何数据的那些磁盘块进行管理，那这是咱们之后的小节会探讨的，文件存储空间管理的问题，那这个小节我们先看上面这个问题，其实文件物理结构，或者说文件分配方式，要探讨的就是，文件的数据到底应该怎样存放，在外存中，这些数据应该被，怎样组织起来的一个问题，那呃总共会分为这样的3种方式，连续分配链接分配和锁影分配，那其中链接分配又可以进一步细分为，连接和显示连接这样的两种，在这个视频当中，我们首先探讨，连续分配和链接分配这两种方式，那所以分配会在下个小节中，再进行讲解，那在正式开始之前我们需要先补充

较重要的知识点，在之前我们简单的提到过，类似于内存分页，词盘中的这些存储单元，会被分为一个个，大小相等，系统也会为这些磁盘块，啊进行一个编号，那像这个是0号款这个是1号块，以此类推，另外在很多操作系统当中，磁盘块的大小会设置的和内存块，内存页面大小相同，那这么做是有好处的，因为内存和外存之间的数据交换，也就是对磁盘的读写操作，都是以快为单位进行的，每次读入一块或者每次写出一块，那如果说能够保证外存的一个词盘块，和内存的一个内存块的大小是相等的，那么进行这种数据交换的时候，就会很方便，那在之前内存管理那个章节中，我们学习过，进程的逻辑历史空间，会被划分为一个一个的页面这样

这样可以方便操作系统对进程，进行管理，那相应的在外存管理当中，为了方便对文件数据的管理，文件的逻辑地址空间，也会被划分成一个一个大小相等的，文件块，因此文件的逻辑地址，也可以表示为，逻辑快号和快内地址的形式，那这就类似于呃，一个进程的逻辑地址可以表示为页号，和页内地址的形式，就像这个样子，那假设这个系统当中，一个呃物理块的大小是1KB，那么一个一兆字节大小的文件，就可以分割为1K个块，所以这个文件的逻辑快号应该是从0，到1023 总共1K个块号，并且每一块的大小都是1KB这么大，因此用户在操作自己的文件的时候，可以用逻辑快号，还有快递地址这样的形式，就可以定位到自己文件当中的，任何一个位置，这个文件的数据，被分为一个一个的逻辑块，之后操作系统为文件分配存储空间，也都是以快为单位进行的，比如说逻辑快号为0的这个块啊，被放到了物理快号为4，的这个次盘块当中，然后逻辑快号为一的这个块，放到了这个位置，逻辑快号为1023放到这个位置，用户对于自己的文件的这些各个逻辑，快到底存放到了什么地方，这个信息用户是不可知道，因此用户在操作自己的文件的时候，是使用的是，逻辑快号和快内地址这样的，形式于是，操作系统就需要负责，把，用户提供的这个逻辑快号和快内地址，转换为这个文件快，实际存放的物理快号和快内地址，那这也是文件的分配方式，文件物理结构，这个部分需要重点关注的核心问题，怎么把逻辑快号映设为物理快号，那我们首先

来看第一种文件分配方式连续分配，连续分配方式的思想很简单，要求，每个文件在磁盘上占用一组连续的块，比如说一个文件AAA，它在逻辑上可以分为这样的3个块，那如果说采用连续分配方式的话，那这些逻辑上相邻的块，在物理上也必须相邻，也必须是占用一组连续的块，并且依然需要保持，这些快之间的这种相对顺序，比如说，银号逻辑快放到了4号物理快当中，1号逻辑快放到了5号物理快当中，2号逻辑快放到了6号物理快当中，那接下来我们要呃注意的问题是，如果采用的是这种方式的话，那么操作系统应该如何实现，从逻辑快号，到物理快号的这种映射和转变呢，那首先我们需要明确的是，用户在操作自己的文件的时候使用的，是逻辑快号快内地址这样的一个，逻辑地址，那其实快内地址是不需要转变的，因此操作系统只需要关心，逻辑快号到物理快号的映射就可以了，那为了实现这个地址映射的功能，在文件的目录表当中，必须记录两个文件的属性，第一是一个文件存放的起始快号，第二是这个文件的长度，也就是它总共占用了多少个块，比如说像AAA这个文件，它的起始快号是4，并且它占用了连续的三个块，因此它的长度是3，而BBB另外一个文件它的起始括号是10，然后它占用了连续的4个块，因此它的长度又是4，那有了这些信息，操作系统就可以完成，这个地址转换的事情了，设用户给出了他想要访问的逻辑快号，那么操作系统需要先，找到这个，用户想要访问的文件对应的目录像，也就是FCB，那在这个FCB当中，就可以知道文件存放的起始快号，再用起始快号加上，用户提供的逻辑快号，就可以得到这个快，存放的实际的物理快号了，说这个用户啊，想要访问AAA，这个文件的逻辑快号为2的这个快，那么逻辑快号2加上它的即时快号4，就得到物理快号6，那么从这个图当中我们也可以看到，逻辑快号为2的这个快，确实是存放在，物理快号为6的这个位置的，当然操作系统还需要验证，用户提供的这个逻辑快号是否合法，它是否已经超过了，这个文件的实际长度，所以通过刚才的这个分析我们会发，现如果采用的是连续分配方式的话，那么只要用户给出了自己，想要访问的逻辑快号，操作系统就可以直接根据逻辑快号，算出他对应的物理快号到底是多少，因此我们说，连续分配方式是支持，顺序访问和直接访问，就是随机访问的，那所谓的顺序访问就是指，如果我要访问逻辑快号2的话，那么我必须先，顺序的访问逻辑快号0和逻辑快号一，之后才能找到逻辑快号2，这是顺序访问，而所谓的直接访问或者说随机访问，就是指如果我要访问逻辑快号2的话，那我并不需要访问其他的这些块，我可以直接找到逻辑快号2，存放的位置，所以这是顺序访问和直接访问的含义，那支持直接访问或者说随机访问，也是连续分配方式最大的一个优点，那我们再来分析

连续分配方式的第二个优点，这个地方，我们需要用到一个，现在暂时还没有讲过的知识点，磁盘，这种硬件想要读取一个磁盘块的时候，需要把磁头放到，那个磁盘块相应的位置，而访问不同的磁盘块，是需要移动磁头的，并且如果两个词盘块的距离越远，那么移动词头所需要的时间就越长，比如说我现在需要连续的读啊，这三个黄色的块，那么，首先是把词头放到第一个块的位置，之后移动到第二个块的位置，再之后再移动到第三个块的位置，所以由于这三个块，他们之间在物理上是相邻的，也就是他们相距距离是最短的，因此这个移动的过程，其实磁头的移动距离也是最短的，而假如，我们此时想要读取的是紫色的这三个，磁盘块的话，那么首先需要把磁头移动到第一个，呃这个块对应的位置，读完了第一个块之后需要移动磁盘嘚，移动到第二个位置，然后读完第二个磁盘块之后，也需要再移动磁盘，然后把它移动到第三个块的位置，因此如果这些块不相邻的话，那么读取一个块和下一块呃之间，呃所需要的移动磁头的时间就会更长，因此基于这个分析我们知道，如果一个文件，采用的是连续分配的方式的话，那么我们在，顺序的读取这个文件的各个快的时候，所需要的读写时间是最短的，读写速度是最快的，因为整个过程，所需要的词头移动距离是最短的，那这个知识点，咱们还会在之后再进行进一步的探讨，这个地方我们只需要理解，连续分配的文件，在顺序读写的时候速度最快，只需要理解这点就可以了，那这是连续分配方式的第二个优点，接下来我们来看一下，连续分配方式有哪些缺点，假设在这个图当中啊，黄色的部分是一个文件a，所占用的连续的3个款，然后绿色的部分是空闲的款，橙色的区域表示，其他的文件已经占用的瓷板块，如果说此时文件a想要拓展，也就是说想要再增加一个子文块的话，那由于连续分配，要求啊为一个文件分配的是连续的块，而文件a后面的这个相邻的块，此时已经被别的文件所占有了，因此如果要拓展文件a的话，那么我们不得不把文件a的数据，整体的迁移到，另外的这个有连续的4个，块的这个区域当中，也就是这个样子，那进行数据迁移的这个过程，其实是需要耗费很大的那个开销的，所以我们得出一个结论，由于连续分配方式，要求文件在磁盘上占有的，必须是一组连续的块，因此对文件的拓展是很不方便的，那这是他的一个缺点，再来看第二个缺点，假设此时在这个图当中，橙色的这些区域表示的是非空闲块，而绿色的这些区域，表示的是空闲磁盘块，那么此时会发现啊，这有12345总共有5个空闲的磁盘块，假如说此时我们要创建一个新文件，那这个文件大小需要占用3个词盘块，那由于这个文件，它采用的是连续分配的方式，因此啊由于此时整个词盘当中，并没有连续的3个空型块，因此我们没有办法为这个文件分配，啊足够的这个存储空间，相应的假设这个系统当中，有很多文件，都是大于一个块这么大小的，那这些空闲的，离散的块就很难被利用起来，所以如果说，物理上采用这种连续分配的方式的话，那存储空间的利用率会低，会产生难以利用的磁盘碎片，而这些磁盘碎片，就有点类似于，咱们在之前内存管理当中，讲过的那种，外部碎片，那处理这些碎片的方式，也和处理外部碎片的，思想是一样的，可以用紧凑的方式来解决，不过紧凑，就意味着，需要移动大量的这些磁盘块的内容，那这个过程是需要花费很大的时间，代价的因此会产生磁盘碎片，这个问题，也是连续分配方式一个很明显的缺点，所以连续分配方

是要求每个文件在磁盘上占用一组，连续的快，它的优点是支持顺序访问和直接访问，也就是随机访问，并且连续分配的文件在顺序访问时，速度是最快的，但是它也有一些缺点，就是不方便文件的拓展，存储空间利用率低会产生磁盘碎片，那这是连续分配方式，我们需要掌握的一些知识点，那接下来我们再来看，

第二种文件分配方式链接分配，链，接分配采取的是离散分配的这种思想，可以为文件分配离散的磁盘块，然后用指针链接的方式，把它们把这些磁盘块都给串联起来，而链接分配方式，又可以进一步分为影视链接，和显示链接两种，我们首先来看影视链接这种方式

如果想用的是这种方式的话，那么在文件的目录像，也就是文件对应的FCB当中，需要记录这个文件的，即使快号还有结束快号，另外，各个块之间都会用一定的存储空间，存储指向下一块的这个链接指针，当然最后一个块，是没有指向下一块的连接指针的，而这些指针对于用户来说是透明，的那采用这种方式的话，怎么实现，逻辑快号到物理快号的转变呢，用户首先给出他要访问的逻辑快号i，然后操作系统会，根据文件名找到他对应的SCB，这个目录像，找到这个文件的起始快号，是，操作系统可以先读入这个文件的起始，块而这个块就是逻辑上的0号块，因为只有把这个块读入内存之后，才可以知道，这个块，指向下一块的指针的数据到底是多少，那只有这样才可以再掉入下一个块，于是下一个块掉入内存之后，也可以再继续知道，在下一个块存放的位置，于是再读入再下一个快，然后以此类推，因此如果说我们想要访问，逻辑快号为i的这个呃逻辑快的话，那操作系统首先需要先，依次的读入0号到i减1号逻辑快，才可以找到i号快存放的位置，因此访问i号逻辑快，总共需要i加一次词盘i o操作，因此我们得到结论是，如果采用的是链接分配，影视链接的这种方式的话，那么这种文件它只支持顺序访问，不支持随机访问，也就说，如果我想要访问爱好逻辑快的话，那我只能先顺序的访问，0-2-1号快才可以，因此这种方式带来的问题就是，查找的效率很低，另外呢，每一个快当中也需要耗费一定少量的，存储空间，来存放指向下一个快的这个指针内容，那接下来我们考

下个问题像这种方式是否方便啊，拓展文件呢，假设此时这个文件需要拓展，也就是需要，再给它分配一个新的词盘块，那由于这个文件的这些块，可以是离散分配的，因此只需要从这个词盘中，随便找出一个空闲的块，把它挂到这个文件的链尾就可以了，比如说此时我们给文件，再新分配了一个8号块，于是把8号块挂到这个链的链尾，然后操作系统会修改这个文件ICB，的结束快号这个内容，把结束快号设为8号，所以可以看到采用这种方式的话，那么文件的拓展是很方便的，并且这种方式不会产生碎片问题，外存的利用率很高那么

经过刚才的这个分析，我们知道，影视链接的链接分配，有这样的一些优点和缺点，这就是刚才咱们得到的结论，这就不再赘述，接下来我们再来看显示链接的链接

分配方式，这种方式会把，用于链接文件各个物理块的指针，显示的存放在一张表当中，这个表就被称为文件分配表，英文缩写是fat，词盘当中的各个块的先后顺序，都是统一记录在文件分配表当中的，所以一个词盘它有多少个块，那在这个文件分配表当中，就相应的会有多少个表象，假设此时有一个新创建的文件，文件名是AAA，它依次占用了2501这样的几个物理块，那么在AAA这个文件的FCB，也就是目录像当中，需要记录这个文件AAA它存，放的起始快号，起始快号是2号块，另外呢在这个文件分配表当中，会显示的记录文件AAA，它这几个物理块的一个链接关系，比如说2号块是即时块，2号块的下一块是5号块，所以fat的这个表象，2号块的下一块就应该记录为5，5号块的下一块是0号块，所以5号块的下一块这个表象记录为0，0号块的下一块是1号块，所以这个地方记录为一，而1号块是最后一个块，所以1号物理块的下一块这个数据，可以把它设置为一个特殊的值，比如说是-1，用来表示这就是这个文件的结尾，那这样的话，就完成了2501这样的一个顺序的记录，那同样的假设有一个文件BBB，它依次存放在423和3这样的几个呃，盘块当中，那么BBB这个文件对应的FCB当中，需要记录它的起始块号是4号块，然后4号块的下一个块是23，所以这个表象应该记录为23，23号块的下一块是3号块，所以这个地方记录为3，3号块是文件的末尾，所以这个地方记录为-1，那这样的话也完成了BBB这个呃文件，4233这样的一个顺序的记录，所以这种方式，把每个文件的各个盘块的链接信息，显示的，统一的放在了这样的一个文件分配表，fat当中所以这是它为什么称作，显示链接的一个原因，那从这个地方我们也可以看到，一个词盘仅需要设置一张fat就够了，每个文件的这些盘块的先后顺序，都是统一的存放在这张表当中的并，且在我们开机的时候，fat文件分配表它会被读入内存，并且会一直常驻内存，而fat的这些呃一个一个的表象，在物理上是需要连续存储的，并且每个表象的长度相同，比如说下一块这个数据，我们可以用四个字节来表示，所以物理快号这个字段可以是隐藏的，那接下来我们再来

看一下采用这种方式的话，怎么实现，文件，逻辑快号到物理快号的一个转变呢，一个用户，给出他想要访问的逻辑快号i，然后操作系统首先需要找到这个文件，对应的目录像，也就是他的FCB，找到这个文件的起始快号，起始物理快号，那比如说，一个用户想要访问的是文件AAA，的2号逻辑块，那么操作系统首先找到，AA这个文件的0号逻辑块，存放的物理快号是2，接下来系统会查询，内存当中的文件分配表，那找到这个表象就可以知道，0号逻辑块的下一个呃块，也就是1号逻辑块，应该是存放在5号物理块当中的，接下来会继续查询这个表象，发现呃1号逻辑块的下一块，也就是2号逻辑块，它是存放在0号物理块当中的，于是查询到这个位置，就可以知道呃这个用户想要访问的AAA，这个文件的2号逻辑块，存放的物理块号了，那由于FAT它是常驻内存的，因此查询这个FAT的过程，并不需要独自盘操作，所以通过这个分析，我们得出这样的结论采用显示链接，的链接分配方式的话，那么这种文件它既支持顺序访问，也支持随机访问，我们想要访问爱好逻辑块，并不需要顺序的依次访问，0-2-1号逻辑块，我们可以直接通过FAT表查到，啊爱好逻辑块存放的地址，并且由于这个查询的过程，并不需要访问词盘，所以相比于影视链接的那种方式来说，采用显示链接访问速度会快很多，那显然这种方式也不会产生外部碎片，并且可以很方便的实现对文件的扩展，因此通过这一系列分析，我们知道了显示链接的优点和缺点

我们需要特别注意的是，一个词盘只会对应一张文件分配表，并且在开机的时候，这个文件分配表就会被读入内存，并且常驻内存，因此查询文件分配表的过程，并不需要读词盘操作，所以这也造就了，显示链接方式支持随机访问，并且在这个地址转换的过程当中，访问效率更高的一个特点，不过他的缺点呢，就是这个文件分配表，他需要占用一定的存储空间，那大家需要注意的是，如果题目当中没有明确的告诉我们，到底是显示链接还是影视链接，那么如果他只是简单的提到，链接分配的文件，那我们默认他指的是影视链接，的链接分配方式，好了那么这就是这个小节的全部内容，我们介绍了连续分配，和链接分配两种方式，链接分配又可以进一步分为，影视链接和显示链接，那所有的知识点的总结我，们会放到下个小节介绍完啊，所以分配之后再统一的进行，好了，那么以上就是这个小节的全部内容，

各位同学大家好，在这个小节中，我们会继续学习文件的物理结构，也就是文件分配方式相关的问题，那在之前的小节中，我们介绍了连续分配和链接分配，这两种分配方式，连续分配要求，给文件分配的必须是一些，连续的词旁块，而链接分配，允许，为文件分配的是一些离散的词旁块，和链接分配类似的是锁影分配这种啊，第三种分配方式，它同样允许，给文件分配的是一些离散的磁盘块，系统会为每一个文件建立一张锁影表，所影表当中记录了文件的各个逻辑块，对应的物理块，所以这个地方大家会发现，所影表的功能，其实有点类似于我们内存管理当中的，页表的功能，页表是建立了逻辑页面，到物理页之间的一个映射关系，那词盘当中，用于存放锁影表的那个词盘块就称为，文件的锁影块，而用于存放，文件实际数据的那些词盘块，就称为数据块，那直接来看个例子，假设有一个文件AAA，它的数据依次存放在了二，五十三九这么几个磁盘块当中，那采用锁影分配方式的话，系统会为AAA，这个文件建立一张锁影表，这个锁影表，记录了AAA，的这些逻辑块，和物理块之间的，一一对应的这种映射关系，那么如果说这个AAA，文件的锁影表是存放在7号磁，盘块当中的，那么7号磁盘块就是AAA的锁影块，而二五十三，九这几个磁盘块是AAA的数据块，那采用锁影分配方式的这些文件，需要在自己的目录像也就是FCB当中，记录自己的锁影块到底是哪一块，那锁影块当中存放的是锁影表，因此，系统可以根据这个锁影块的这个块号，找到他的锁影表，接下来就可以找到这些，呃各个逻辑块对应的物理块号了，那像这个例子当中，AAA的缩影表是存放在7号块当中的，它的这些呃实际数据是依次存放在2，五十三九这么几个块当中的，类似的假如说有另外一个文件BBB，它的缩影块是23号块，那么BBB的这个缩影表，就应该是存放在这个地方，所以这个地方大家会发现，如果采用的是锁影分配方式的话，那么每一个文件，都会有一张自己的锁影表，而之前咱们介绍的，显示链接的链接分配方式当中，文件分配表也就是fat，是一个磁盘只对应一张fat，所以就是他们俩的一个小小的区别，另外呢我们可以用固定长度，固定字节的存储空间，来表示这些物理块号，也就是所以表的这些表象，比如说像一个磁盘的总容量，假如说是1TB，也就是2的40次方个字节，并且磁盘块的大小是1KB，那么这么大的磁盘，就可以被分为2的30次方个磁盘块，因此要表示这么多个磁盘块，只需要用30个二进之位就可以了，那么四个字节的空间可以包含32个二，进之位，它是足够表示2的30次方格磁盘块的，快号的因此，我们可以让这个所引表的快号，每一个表象占4个字节，那所引表当中的这个逻辑快号，这些数据就可以是隐含的，因为这个锁影表的表象，每一行占的是4个字节，所以，只要我们知道这个锁影表的起始位置，那么我们就可以直接根据逻辑括号，直接计算出啊，某一个逻辑括号对应的那个表象，到底是在，呃什么什么位置啊，那接下来我们要探讨的问

问题是采用锁影分配方式，应该怎么实现逻辑快号，到物理快号的转变，假设，此时用户想要访问的是逻辑快号i，那么操作系统首先需要找到这个文件，对应的目录像，也就是它的FCB，从中找到这个文件的锁影快的快号，再从这个锁影快当中，读出这个文件的锁影表的内容，那么接下来就只需要通过逻辑快号，来查询这个缩影表，就可以找到，某一个逻辑快号，对应的物理快号到底是多少了，那这个查表的方式，其实和咱们内存管理当中介绍的，通过逻辑页号，来查询页表像的那种方式是很类似的，所以从这个过程分析我们可以看到，如果我们想要访问逻辑快号为i，的这个逻辑快的话，那么我们并不需要，顺序的访问前面的0到i减1号快，我们可以直接找到i号快，存放的物理快号，因此，所以分配这种方式是支持随机访问的，另外呢所以，分配这种方式，也很容易实现这个文件的拓展，比如说像AA这个文件，现在想要继续拓展也就是再分配一个，物理快数据快的话，那么只需要随便找一个空闲的磁盘块，比如说是19号磁盘块把它分配给AAA，然后再在AA对应的这个锁影表当中，增加相应的表象，这就完成了文件的拓展，因此所影分配方式中，文件的拓展也是很容易实现的，不过所影分配方式的这个所影表，需要占用一定的存储空间，这是它的一个小小的缺点，那接下来我

我们再来考虑下一个问题，假设每个词盘块的大小是1KB，一个缩影表的表象也就是这样的，一行占用4个字节，那么一个词盘块呃只能存放1K除以4，也就是256个缩影项，那假如说有一个文件，它的大小已经超过了256个块，那也就意味着这个文件，它对应的锁影表，肯定也要超过256个锁影像，那既然如此，这么大的锁影表，肯定是没办法在一个磁盘块中，就可以装得下的，也就是说一个很大的文件，它对应的锁影表，在一个磁盘块下肯定存不下，那么我们怎么解决这个问题呢，一般来说有这样的3种解决方案，第一种叫做链接方案，第二种叫做多层锁影，第三种叫混合锁影，我们会依次介绍，那首先来看

看链接方案，如果说一个文件的缩影表太大，那么可以为这个文件的缩影表分配，链接的方式把它们连起来，那还是接着刚才的那个条件往下分析，假设一个磁盘块放256个锁影像，那么如果一个文件的大小，超过了256块的话，那么就意味着这个文件的锁影表，它的锁影像肯定也超过200，256个因此可以把这个锁影表拆分，为这个文件分配多个锁影块，每一个锁影块当中存放256个锁影像，并且在每个锁影块当中，用一定的空间存储，指向下一个锁影块的一个指针，那这样的话，就可以把一个很长的锁影表，拆分成不同的部分，并且用这种链接的方式，把它们连起来了，那如果采用的是链接方案的话，文件的SCB当中，只需要记录它的第一个锁影块的快号，像文件AAA就只需要记录，它的第一个缩影块，也就是7号块，那假设现在用户想要访问的是AAA的，逻辑快号为256的那个逻辑快的话，那为了查到，256号逻辑块对应的物理快号，那就肯定需要找到，AAA的第二个锁影块，而由于各个锁影块之间，是用这种链接的方式把它们连起来的，所以为了找到第二个锁影块的块号，那操作系统首先需要把第一个锁影块，读入内存，然后才能根据这个锁影块当中的指针，找到第二个锁影块的快号，并且把第二个锁影块读入内存，只有这样，才能找到256这个逻辑快号，对应的物理快号到底是多少，因此可以看到，如果说用户要访问的那个逻辑快号，对应的锁影像，是在这个锁影，表当中的第二个部分的话，那么系统首先必须先顺序的读取，锁影表的第一部分，之后才能找到锁影表的第二部分，那这个特点就造成了一个问题，假设一个文件的大小是64兆字节，那呃也就是256256个KB，那由于说每个磁盘块的大小是1KB，所以这个文件应该占用256256个磁盘块，也就需要对应同等数量的锁影像，而每一个磁盘块，每一个锁影块当中，只能存放256个锁影像，因此这么多的锁影像，就需要用256个锁影块来存储，并且如果采用的是链接方案的话，那这些锁影块之间是用，这种链接的方式把它们连起来的，所以如果说，一个用户，想要访问这个文件的最后的一个逻辑，快的话那么就必须找到，这个文件的最后一个缩影快，那通过刚才的分析我们知道，如果要找到最后一个锁影块的话，那么必须，先依次读入前面的所有的那些锁影块，所以可以看到，如果采用的是链接方案的话，那么为了找到，文件的某一个逻辑块对应的物理块号，光是这个一直转换的过程，就可能需要200多次读次盘的操作，那这显然是很低效的，这也是链接方案，所存在的最大的一个问题，那怎么解决这个问题呢，为此人们提出了多集，所以这种解决

多层锁影的这种解决方案，就有点类似于咱们之前学习过的，多集页表的那，种原理就是要建立多层的锁影表，使第一层锁影块指向第二层锁影块，如果说文件很大的话，甚至还可以建立第三层第四层锁影块，那还是用刚才的那个条件继续分析，假设一个磁盘块只能存放256个锁影像，并且一个文件的大小，是256乘以256个块的话，那么这个文件可以为它建立两层锁影，第一层的缩影快总共有256个缩影像，第二层的缩影快，每一块也有256个缩影像，然后每一个缩影像，在指向某一个数据快，那在文件的目录表也就是FCB当中，只需要记录，它的顶级锁影表，存放的这个，缩影快号到底是多少就可以了，那如果说我们采用的是这种，两层锁影的结构的话，那文件的最大长度可以达到256乘以256，再乘以1KB，也就是64兆字节这么大，这是因为，如果我们采用了多级锁影的结构的话，那么各层锁影表的大小，不能超过一个磁盘块，也就是说，第一集的这个缩影表，最多只会有256个缩影像，也就是会分别指向256个，第二集的缩影表，而第二集的锁影表大小，仍然不能超过一个磁盘块，所以第二集的锁影表，最多也只会含有256个锁影像，那每个锁影像又会分别指向一个，数据块，每一个数据块的大小就是1KB这么大，因此如果采用两层锁影的话，那么文件的最大长度是64兆字节，这个条件十分重要，在考试当中，经常会遇到，让我们计算，文件最大长度的这种类型的题，那接下来我们来看一下，如果采用多级锁影的话，怎么实现逻辑括号到物理括号的转变，那假设此时用户要访问的是1026号，逻辑快那么1026/256=4，也就是说，1026号逻辑快对应的那个锁影像，应该是4号二级锁影表当中存放的，而4号二级所影表存放的位置，操作系统只需要，从这个一级所影表当中，找到4号所影像对应的那个物理块，就可以知道了，那在读入了4号二级所影表之后，接下来应该查询，4号二级所影表当中的哪一个表像呢，1026对256取于等于2，说明，此时需要查询的是4号二级所影表，当中的 2号表像，那找到2号表象之后，就可以找到，1026号逻辑快，对应的物理快到底是多少了，所以如果采用这种两层锁影的，方式的话，那么操作系统首先是需要根据这个，FCB当中记录的，顶级锁影块的快号，来找到顶级锁影表，先把顶级锁影表读入内存，然后查询相应的表象之后，又找到，相应的二级锁影表存放的物理快号，接下来再把二级锁影表读入内存，之后再查询二级缩影表，就可以找到我们最终想要访问的逻辑，块到底存放在哪个物理块当中了，所以这整个过程，访问目标数据块，总共进行了3次词读字旁操作，第一次是读入了一级缩影表，第二次是读入了对应的二级缩影表，第三次，才是读入我们最终要访问的数据块，那类似的，如果我们采用的是三层缩影的结，构的话，那文件的最大长度应该是256乘256，再乘256 再乘以1KB，也就是16GB这么大，那如果采用三层锁影结构的话，那访问一个目标数据快，总共需要4次读磁盘的操作，所以我们得到这样的一个结论，如果我们采用的是k层锁影结构，并且顶级锁影表的数据，还没有掉入内存的话，那么根据一个逻辑快号，访问一个数据快，总共需要k加一字读磁盘操作，才可以完成，那相比于之前的那种链接方案来说，这个读词盘的操作，已经是少了很多很多了，那这是多层所以需要注意的问题，第一大家需要，学会计算文件的最大长度到底是多少，第二大家还需要学会分析，这个访问一个数据块，到底需要多少读词盘操作，不过多层锁影的方式，也存在一个小小的问题，假如一个文件本来很小，它的数据块只有1KB这么大，但是这个文件如果在物理上采用的是，两层锁影的这种结构的话，那么读入这个文件1KB的内容，依然需要一次读词盘，两次读词盘三次读词盘操作，那可不可以用某种方式，来解决这个问题呢，为此，人们又提出了混合锁引的这种方案

那混合锁影，它是多种锁影分配方式的一种结合，比如说一个文件的顶级锁影表当中，它可能会包含一些直接地址锁影，比如说8个直接地址锁影，那所谓的直接地址锁影就是指，这些锁影像是直接，指向了一个数据块，所以8个直接地址锁影，会对应8个数据款，另外呢这个顶级锁影表当中，还有可能会包含一些一级间接锁影，这个一级间接锁影，会指向一个单层锁影表，那这个单层锁影表的各个锁影像，又会分别指向一个数据块，每个数据块是1KB，另外，这个顶级锁影表还有可能会包含一些，二级间接锁影，那这个二级间接锁影，会指向一个两层锁影表，那这个锁影表的各个表象，又依次指向了一个下一级的锁影表，而第二层锁影表的各个表象，又分别指向了，一个一个的数据块，所以如果有8个直接地址所以的话，那他们会分别指向8个数据块，一个一级间接，所以会指向一个单层的所以表，而每个所以表最多只会有256个表向，因此，这个所以表最多只会对应256个数据块，那相应的二级间接，所以最多会指向256乘以256，也就是这么多个数据款，因此如果一个文件，它的混合锁影的顶级锁影表，是这样的结构的话，那么这个文件的最大长度可以有8+256，再加65536这么多个块，也就是65800KB这么多，那根据顶级缩影表的这些结构，来计算一个文件的最大长度，这种题型在考试当中也是很常见的，大家需要重点的把握，接下来我们来分析一下，如果要访问某一个逻辑块，那么需要几次读词方操作呢，假设此时，这个顶级索引表还没有读入内存，那么如果说我们要访问的是0-7号，逻辑块，也就是要访问的是这个部分的话，那么我们总共需要两次读词方操作，第一次是读入顶级索引表，第二次是根据顶级索引表，当中的某一个直接地址，到我们的目标数据快存放的位置，然后再把这个目标数据快读入内存，所以总共需要一次读词盘，两次读词盘操作，那如果说，我们要访问的是8-263号逻辑快，也就是要访问的是这些逻辑快的话，那么总共需要，第一次读词盘操作是读入顶级缩影表，第二次是根据这个一级间接所以，找到这集的缩影表，然后把这个锁印表读入内存，第三次是根据这个锁印表的内容，再找到我们的目标数据块存放的位置，然后再把目标数据块读入内存，所以总共需要一次读词方操作，两次读词方操作三次读词方操作，那相应的，如果我们要读的是这个范围的逻辑块，也就是这些词方块的话，那么总共需要一次，两次三次四次读词方操作，所以可以看到，采用混合锁影的一个好处就是，对于小文件来说，他可能只需要占用前面的这几个，跨就可以了，那小文件的读取，只需要访问比较少的读词盘的次数，那一般来说，我们计算机当中小文件是更多的，所以这是混合锁影这种方式，带来的一个好处，好的那么我们介绍了当文

件太大所以表象太多的时候，呃采取的可以采取的3种解决方案，第一种链接方案就是把各个缩影快用，链接的方式把它连起来，但是它所带来的缺点就是，如果一个文件很大，缩影表很长的话，那么想要找到i号缩影快，就必须先依次读入0到i减1号缩影快，这就导致要查询一个缩影像的时候，自盘IO次数可能会很多的问题，所以这种方案查找效率低下，为此我们可以建立多级锁影，就有点类似于我们啊，在内存管理当中采用的多级页表那样，然后第一层锁影块会指向第二层的锁，影块，如果说一个文件很大的话，甚至还可以建立3层甚至4层的锁影块，那如果我们采用的是k层锁影结构，并且，顶级锁影表还暂时没有掉入内存的话，那么访问一个数据块，只需要k加一字读词盘的操作，但是这种方式的缺点呢，就是即使是小文件，访问一个数据块，依然是需要k加依次读词的操作，所以人们又提出了混合锁影这种方式，一个文件的顶级锁影表当中，可以既包含直接地址锁影，也包含一级间接锁影，也包含二级间接锁影，那直接地址锁影，会直接指向一个数据块，而一级间接锁影，会指向一个单层的锁影表，这个锁影表呢，再依次又指向各个数据块，两级间接锁影，是指向一个两层的锁影表，那如果采用这种混合锁影的方式的话，对于小文件来说，访问一个数据块所需要的读次盘，次数就可以变得更少了，锁影分配方式在考试当中是，经常进行考察的，无论是小题还是大题，所以，大家需要重点掌握的是这样的两个点，第一要学会根据多层锁影，或者混合锁影的那种呃结构，来计算出一个文件的最大长度是多少，那要计算最大长度，大家最关键的是需要理解，各级锁影表最大是不能超过一个块的，要知道这个条件，第二个大家要学会的是，要能够自己分析，访问某一个数据快，或者说，访问某一个逻辑快号对应的物理快，所需要的读词盘次数到底是多少，那操作系统需要从外存当中，依次的读入顶级锁影快，然后下一集的锁影快，再下一集的锁影快，依次类推，那大家需要注意的是题目当中的条件，顶级锁影快，到底是不是已经掉入内存了，那这个部分内容十分重要，特别是混合锁影相关的知识点，很容易啊综合的来考察大家，所以大家还需要根据大量的课后习题，来进行进一步的巩固，那这个地方我们

再把上个小节和这个小节的内容，进行一个，汇总总结，我们需要掌握，各种分配方式的一个思想，像顺序分配，就是要求为文件分配的，必须是连续的词盘块，而链接分配，又分为影视链接和显示链接两种，他们都可以为文件分配离散的词盘块，而影视链接是把每个词盘块都用，链接指针的方式把它们连起来，显示链接的话，是为词盘建立一个文件分配表，然后在这个表当中，记录各个词盘块的先后关系，并且这个文件分配表是在开机的时候，就会掉入内存，并且之后会一直藏住内存，而所以分配方案会为文件的数据快，建立一些所以表，而如果文件的所以表太大的话，又可以采用链接方案多层所以和混合，所以这几种方式来解决，那采用不同的分配方式，在文件的目录像FCB当中，所需要记录的这些信息，也是有一定的区别的，另外大家还需要理解，这些各种分配方式的优点和缺点，各种分配方式的优点和缺点，很容易在选择题当中进行考察，那最后还需要强调一遍，如果说题目当中，只是简单的告诉我们一个文件，采用的是链接分配方式，而并没有，告诉我们，他到底是影视还是显示链接的话，我们一般都是默认为他指的链接分配，是影视链接的方式，好的，那么以上就是这个小节的全部内容，，

No.5 逻辑结构VS物理结构

好的那通过之前的学习，同学们已经初步的认识了，什么是文件的逻辑结构，什么是物理结构，但是这两个部分的内容里面，有很多很相似的概念，所以呃，很多同学在学习这两部分内容的时候，可能会觉得比较懵，所以这个小节当中，我们会介绍一些比较具体的例子，带大家把逻辑结构和物理结构当中，涉及到的一些很相似的概念，进行一个对比，好来简单回顾一下，文件的逻辑结构，分为无结构文件和有结构文件，其中有结构文件又分为顺序文件，锁影文件和锁影顺序文件，那顺序文件又可以进一步的细分为，顺序存储和链式存储两种实现方式，而大家在学习文件物理结构的时候，又发现有一种叫做链接分配的方式，是不是和顺序文件的链式存储，感觉很像，但是，又不知道它们之间具体的区别在哪儿，那还有另外一个很容易让大家，蒙圈的点，就是逻辑结构里边，我们学习了锁影文件，然后在物理结构里面，它还有一种叫做锁影分配的，这种分配方式，好不着急，我们接下来从简单到复杂，把这些问题给捋一遍那我们

先来看一下呃，用c语言怎么创建一个无结构的文件，也就是流失文件，不知道大家对c语言的呃，熟悉程度怎么样，在c语言里边，任何一本c语言的教材，肯定会教大家如何操作文件，比如如何打开一个文件，如何关闭一个文，件如何往一个文件里边写入一些数据，这些都是大家在学习c语言的时候，会接触到的内容，那我们简单的把这些代码解释一下啊，刚开始这个地方，我们调用了一个叫做f open的函数，这个函数做的事情就是，打开了叫做test点TXT的这个文件，并且是以写的方式打开的，以写的方式打开，我们才可以往这个文件里边写入数据，好如果这个文件打开成功了，那么FP这个指针，就会指向，和这个文件相关联的一些信息，那feel，这个数据结构是，c语言它内部已经定义好的，大家可以简单的把FP这个指针，理解为是指，向我们要操作的这个文件的就可以了，好接下来这个if语句是进行一个呃，打开文件是否成功的一个判断，如果打开文件成功，那我们就可以进行下面这些操作，好这个复循环总共循环了1万次，每一次的循环都会使用，f toots这个呃c语言提供的库函数，往FP所指向的这个文件当中，写入hollow word，所以其实这个复循环做的事情，其实就是往test点TXT当中，写入了1万个hello word，那当我们对文件的操作完成之后，需要再调用f close，这个扩函数来关闭文件，好那对c语言不熟悉的同学，如果有兴趣的话，也可以把这段代码在你的电脑上，敲一遍运行一遍，那你会发现，在你的代码运行的这个目录下，如果以前没有test点TXT这个文件的话，那么当你调用fopen之后，它会自动的给你新建这样的一个文件，然后经过你的这些代码处理，这个文件当中会有1万个hollowered，想要我们往这个test点，TXT当中写入的这些数据，其实就是一个一个的字符，每一个字符占一个字节，h一个字

节e一个字节l一个字节，然后空格感叹号这些各占一个字节，在我们用户，也就是创建文件的人呃看来，整个文件，它似乎是占，用了一整片连续的逻辑地址，空间这是第一个字节，这是第二个字节，这是第三个字节第四个字节，好以此类推，整个地址空间似乎是连续的，如果我们想在这个文件当中，找到第16个字符，我们可以用这样的一段代码来实现啊，首先肯定也是需要先打开文件，然后这个地方，我们可以调用一个c语言，提供的库函数，叫做f z c，这个库函数做的事情就是，会把文件的读写指针，指向16这个位置，也就是文件的第16个字节，那第16个字节刚好是o这个字母，而接下来，我们又可以再调用f get c这个库函数，来读出当前这个读写指针，所指向位置之后的一个字节的内容，也就是读出o这个字母，那把读出的数据付给啊c这个变量，然后我们用print函数，可以打印出c这个变量到底是什么，那打印出的结果就是o那，同学们也可以自己敲一下这段代码，试一下好，总之利用FC这个函数，我们可以啊，把文件的读写指针，指向任何一个我们想要读写的位置，然后再利用其他函数，就可以读出啊若干个字节的数据，那这其实就是对文件的读操作，那刚才我们是读出了第16个字符，相应到其实我们也可以读出，比如说第1,000个字符，第2,000个字符，只需要修改一下FC的这个参数就可以，好总之在我们用户看来，似乎我们所有的这些字符，都是连续存放的，他都是占用一片连续的逻辑地址空间，所以我们只需要提供，我们想要访问的那个字符，他在文件当中的逻辑地址，就可以顺利的找到，我们想要找到的任何一个数据，这是从我们用户的视角看到的样子，但是从操

操作系统的视角来看，其实我们的这一整个文件，它无非就是一些一堆二进制数据而已，操作系统并不关心，你在里面存的到底是什么，管你是字符也好还是什么数字也好，操作系统唯一需要关心的就是，由于每一个磁盘块的大小只是1KB，所以他会把我们的这一整个文件，拆分成一个一个的逻辑块，然后他们的逻辑块号是0123，是一个连续的范围，接下来操作系统会根据呃，他的文件管理的策略，来决定到底是用连续分配，还是其他的分配方式，把你的这些文件的数据块，存到磁盘里边，比如说如果采用连续分配的话，那么逻辑上相邻的这块，在物理上，也会被操作系统相邻着来存放，所以我们作为文件主，作为用户在使用这个文件的时候啊，从刚才那个例子当中也可以看到，我们使用c语言的这些库函数的时候，其实我们只是指明了我们想要，访问这个文件的哪一个逻辑地址，然后要读出或者要写入多大的数据，我们都只需要指明逻辑地址就可以，那像f get c这个函数，它在底层，肯定是使用了操作系统提供的，read系统调用，那操作系统在处理这个系统调用，请求的时候，它会把f get，c这个函数给它传递的逻辑地址，把它转换为逻辑快号，和快内偏移量这样的形式，然后再根据自己的存储分配策略，来把逻辑快号转变为，与之对应的物理快号，这是操作系统在背后帮我们做的事情，其实对我们用户来说，他在背后做的这些事情，我们是不可知的，也没必要关心，我们作为文件的使用者，只需要关心文件里边的呃，各种各样的数据，到底是存放在哪一个逻辑地址里边的，我们只需要关心这个就可以了，那我们的操作系统当然也可以把刚才，划分的这些逻辑块，用这种链接分配的方式，把它们给链接起来，同样的也可以采用锁影分配的方式，就是为我们的这个文件专门，建立一个锁影表，在这个锁影表当中记录下来，逻辑快号到物理快号的这种映射关系，总之对于文件的存储，无论操，作系统采用的是什么样的分配方式，什么样的物理结构，只要我们提供了我们要访问的，文件的逻辑地址，操作系统总能把它转变为，相应的物理快号和快内，篇一量这样的形式，好接下来我们再来，

来看另一个例子，我们尝试着用，c语言来创建一个顺序文件，还记得顺序文件吗，文件分为无结构文件和有结构文件，对有结构文件来说，它由一条一条的记录组成，而有结构文件，又进一步的可以划分为顺序文件，锁影文件和锁影顺序文件，那我们可以首先，定义这样的一个struct结构体，这个结构体表示的是一个学生的信息，包含了学号然后姓名专业，每一个学生对应，这样的一个struct结构体，好那接下来，我们尝试着把，n个学生的信息存入一个文件，那首先我们肯定也是需要先打开文件，就是调用之前介绍过的f open这个函数，以写的方式打开，好，接下来这个地方我们会定义一个数组，这个数组里边存放了n个学生的信息，那接下来这个复循环里面，我们做了一个简单的数据的填充，我们会把这n个学生的这个学号，分别把它填上，呃，就是0到n减一这样的一个学号的范围，然后每个学生的名字还有专业这个，呃未来简单，期间我们就简单的把它填上一个问号，但是其实啊，由于我们名字还有专业这两个信息，我们是总共分配，了30个字节30个字符的这个空间，所以如果你愿意的话，当然也可以给姓名，专业这些填入更丰富的不一样的信息，好那这个部分的代码，我们只是往这个数组里边，填入了一些数据，那接下来我们会调用一个叫做f right，的函数，这个也是c语言提供的一个括函数，要用这个函数，可以把我们刚才定义的这，n个学生的信息，也就是这n个struct结构体，把它存到FP所指向的这个文件当中，第一个参数student，指明了我们要写入的那些数据，的一个起始地址，其实也就是这个数组的首地址，第二个参数指明了每一条记录，它到底占多大的空间，然后第三个参数，指明了我们要写入几条记录，好那调用这个函数之后，其实刚才我们定义了这n个学生的，啊信息这n个struct结构体，就会被保存到词函里边，在我们自己看来，我们的这个文件里面，每一个学生记录是占64个字节，因为这个int型的变量它是占4个字节，然后下面这两个叉型的数组，分别又占30个字节，所以每一个学生信息，每一个strapped结构体，它总共是64个字节，当然更简单的方法，其实我们只需要用c元提供的size of，就可以得出每一个学生记录，它的大小是多少，好所以基于我们自己的视角，如果我们想要在文件里边，读出第五个学生的信息，第五个学生所对应的记录，那么我们只需要用这样，的一段代码就可以实现，首先当然也是需要先打开文件，打开我们刚才保存的这个文件，然后是以读的方式打开，接下来我们调用之前介绍过的FC，这个函数，还记得这个函数的作用吗，会让文件的读写指针指向呃，从开头位置算起，往后偏移5，乘以size of students in four这样的一个位置，其实也就是指向这个位置，第五个学生存放的其实位置，接下来要用f r的这个函数，可以读出一条记录，这条记录的大小，其实就是这样的一个结构体的大小，然后把读出的这个数据付给，Stu这个变量，那这样的话，我们就从文件里边读出了5号学生的，他所对应的记录，好总之在我们用户看来，每一个学生的记录，他似乎就是连续存放的，并且每个学生的记录，他所占的这个空间大小是相同的，所以当我们想要从文件里边，读出某一个学生对应的记录的时候，其实我们就可以很方便的算出，那一条记录所对应的逻辑地址，总之我们只需要给操作系统提供，我们想要访问的这个逻辑地址，然后接下来的事情，操作系统会替我们完成，事实上在被

后从操作系统的视角来看，那，同样的是把我们这一整个文件的数据，把切分成了一个一个的，小块每一块的大小就是和磁盘的，呃就是和磁盘块保持一致，比如说都是1K比，那操作系统当然可以采用连续分配，的方式来存储这些逻辑块，也可以采用链接分配，也可以采用锁影分配，但是他到底采用了哪种分配方式，我们其实是不得而知的，也没必要关心，反正我们作为用户，只需要能够提供我们想要访问的记录，他所存放的逻辑地址，然后剩下的这个，逻辑地址转换成逻辑快号，逻辑快号再转换成物理快号，这些事情都是遭，系统在背后帮我们完成的，好那刚才我们给出的这，这个例子，这个顺序文件，它是采用了顺序存储的方式，也就是这些记录，逻辑上相邻的记录，是一个连一个都是相邻的存放的，那其实当我们在存储这些记录的时候，我们当然也可以使用啊，链式存储的方式来实现，比如说，当我们在定义这个学生信息的时候，我们可以再增加这样的一个字段，叫做next，这个字段是指向了下一个学生，记录的存放位置，那和之前类似，我们也可以定义一个，比如说长度为1万的，这个students in four数组，也就是说，最多，我们总共可以存1万个学生的信息，好那0号学生的信息，比如说他是存在，数组下标为0的这个位置，那我们可以在这个学生对应的，这个结构题当中，记录下一个学生，也就1号学生他的存放位置，那他存在数组下标为3的地方，0号学生对应的结构题当中，这个next的变量我们可以把设置为3，这样的话，其实就相当于我们建立了一个，指向下一个记录的指针，那这不就是所谓的链式存储吗，我们所有学生的数据是，存放在这样的一大片连续空间当中，但是各个逻辑上相邻的学生数据，我们又是通过这种，链接指针的方式把它们连在一起的，所以这就是所谓顺序文件的链式存储，这其实是由我们用户自己来设计的，那如果我们采用上面这种，顺序存储的方式，来存放各个学生记录的话，那我们可以很方便的算出第二个学生，他的记录存放的地址，然后用这个逻辑地址，就可以，直接命中我们想要找的那条记录，而如果我们采用的是下面这种，链式存储的方式，那我们想要找到第二个学生的记录，那我们只能先读入第一个学生的记录，然后一个一个往后找，其实这就和数据结构里面的，顺序表和列表，都是一样的，总之当我们在创建一个文件的时候，我们可以自己来决定，到底是用顺序存储的方式来存放这些，记录还是用链，式存储的方式来存放这些记录，但是无论如何，在我们自己看来，这些记录，他肯定都是占用了一整片的连续空间，这是从我们的视角来看到的东西，那从操作系统，

视角来看，刚才我们实现的这种，链式存储的顺序文件，其实操作系统在背后，也会把它拆分成1 K B，1 K B 1 K B这样的一个一个的快，然后这些物理快，操作系统在背后有可能会采用，连续分配的方式，把它们存放在磁盘当中，当然也可以采用链接分，配的方式把它们存放在磁盘当中，所以，这也是很多同学比较容易疑惑的点，我们在讲逻辑结构的时候，讲到，顺序文件可以采用链式存储的方式，在讲物理结构的时候，我们又讲到了链接分配的方式，就是这两个东西看起来很像，其实文件的逻辑结构里边，我们聊到所谓的链式存储，指的是我们在文件的内部，这些记录的先后顺序，我们是用链接指针把它们连起来的，这是由我们文件主自己来设计的，那在文件的物理结构里边，提到的所谓的链接分配，其实这个链接是操作系统做的事情，操作系统会把我们给出的这一整个，很大的文件，把拆分成一个一个的逻辑块，然后在磁盘里面，存放这些逻辑块的时候，操作系统，会用链接的方式来记录这些逻辑块，他们之间的先后顺序，那大家可以用这个例子好好体会一下，逻辑结构里边我们提到的链式存储，和物理结构里面提到的链接分配，他们的一个区别，总之在讲文件逻辑结构的时候，我们谈到的链式存储，其实这些链接信息，是我们用户需要关心的，操作系统他并不管，而文件的物理结构里面，我们提到的链接分配，这些链接信息是操作系统需要关心的，我们用户并不需要管，那大家再结合这个例子，好好的体会一下，好那我们继续再

再来聊一个同样是让大家很懵的问题，在学习文件的逻辑结构的时候，我们提到过锁影文件这种逻辑结构，那如果我们要自己实现，锁影文件这种逻辑结构的话，可以怎么做呢，我们可以先定义这样的一个结构体，那这样的一个结构体，就是对应的一个锁影像，每一个锁影像记录了学生的学号，还有这个学生记录，他所存放的逻辑地址，就是记录了这样的一个因社关系，那我们之前介绍那段代码，其实已经告诉大家，怎么把呃struct结构体存到文件里边了，那用类似的方法，我们当然可以，把这些一个一个的index table，这种struct结构体，存到我们的文件里边，每一个index table对应一个缩影项，然后接下来的这一片空间，我们可以定一个长长的studenting for，这样的一个数组，然后这个数组当中，存入各个学生的信息，然后我们的各个缩影项会建立起学号，还有各个学生信息的这种映射关系，那这个例子其实就是一个锁影文件，这种逻辑结构，同样也是由我们，由文件的创建者自己来决定的，比如说我们可以规定，在我们的这个文件，前边的一兆字节，我们存放的都是锁影像的信息，然后后边的这些部分，我们存放的是这些，一条一条的记录相关的信息，所以当我们想要根据，学生的学号，找到这个学生所对应的记录的时候，我们就可以先把这，前边的一照字节的，啊这些数据先给读进来，然后查询我们的这些所影像，找到目标学生他的所影像，然后再根据这个所影像的信息确定，目标学生，他的记录，到底存放在哪一个逻辑地址当中，然后接下来再来读取这个学生的信息，就可以了，好总之对于锁影文件这种逻辑结构，其实在我们用户看来，我们的这整个文件，它依然是连续存放的，依然是占用了一整片的连续空间，然而在背后，操作系统其实，同样的会把我们的这一整个文件，把它拆分成一k b一k b这样一个一个

小块然后操作系统会把这些逻辑块，存到磁盘里边，当然可以采用连续分配链接分配，也可以采用锁影分配的方式，也就是说操作系统会维护一个锁影表，那这个锁影表是记录了各个逻辑快号，到物理快号之间的映射关系，好所以，这也是很大家很容易混淆的一个点，我们在逻辑结构里边，讲到的所谓的锁影文件，这个锁影文件的锁影表，其实是由文件主，由用户自己来建立的，这个锁影表当中记录的是，各个记录的关键字，到记录所存放的逻辑地址，之间的一个映射关系，而我们在文件的，物理结构里面提到的锁影分配，这也有一个锁影表，这个锁影表其实是由操作系统建立的，它是实现了，逻辑快号到物理快号之间的映射关系，所以锁影文件这种逻辑结构，和锁影分配这种物理结构，很容易混淆，但它们之间其实完全两个维度的东西，那大家也可以利用这个例子，再来好好的体会一下，好的，这个小节当中我们对比了逻辑结构

和物理结构当中，比较容易让大家混淆的一些概念，并且我们简单的介绍了两段代码，让大家感受一下，用c语言如何创建或者啊，读取一个无结构文件或者有结构文件，其实所谓文件的逻辑结构，是从我们用户，从我们文件的创建者这个视角，所看到的文件，它应该有的一个样子，在我们自己看来，我们创建的这个文件，它似乎就是占用了一整片的连续空间，所以当我们访问这个文件当中，某一个部分的数据的时候，其实我们只需要指明逻辑壁纸就可以，那操作系统要做的事情就是，我们这么大的一个文件，它到底用什么样的物理结构，把它分散的来存储，那当我们用户提供了我们想要访问的，文件的逻辑地址之后，操作系统还需要负责把，逻辑地址转换成相应的物理地址，所以文件的逻辑结构是什么样的，操作系统他并不知道，也不需要关心，而物理结构是什么样的，我们用户不需要知道也不需要关心，各司其职，自己干好自己的事情就可以了，好，最近这几个小节的内容确实是比较多，也比较容易混淆，那大家还需要慢下来，把节奏慢下来好好消化一下

No.6 文件存储空间管理

各位同学大家好，在这个小节中，我们会开始学习文件存储，空间管理相关的知识点，那在之前的小节中，我们学习了文件的物理结构，也就是啊对非空闲磁盘块的管理，那在这个小节中学习的对，存储空间的管理，其实就是对空闲的那些磁盘块的管理，那么这个小节我们，首先会介绍啊，存储空间的划分与初始化，要介绍几个比较重要的概念，文件卷目录区和文件区，之后这个小节的重点内容，是要介绍，这个存储空间管理的几种方法，空闲表法空闲链表法，卫士图法和乘组链接法，我们会按从从上至下的顺序依次讲解，那在学习这几种管理方法的时候，大家需要从这样的三个角度，来进行理解和记忆，第一这些方法是用什么样的数据结构，用什么样的方式，来记录和组织那些空闲的磁盘块的，第二要注意的是，用某一种方法是怎么分配磁盘块的，第三个是要注意怎么回收磁盘块，那我们首先来看，存储空间的划分与初始化，如果自己安

安装过Windows操作系统的啊同学，肯定有这样的经验，就是在安装系统的时候，有一个必经的步骤，就是要让我们为词盘分区，也就是分成我们平时熟悉的什么c盘，d盘e盘这样啊这样的一些逻辑词盘，那这些所谓的CDEF盘，就是我们这儿所谓的文件卷，或者叫逻辑卷逻辑盘逻辑词盘，那我们的一些文件就是存放在这些，各个文件卷里的，另外，在存储空间的初始化的过程当中，也需要把这些文件卷进行进，一步的划分划分为目录区和文件区，其中目录区，主要是用于存放，文件目录相关的一些信息，像咱们之前学过的呃文件目录像FCB，还有缩影节点，这些就是存放在目录区当中的，另外呢，用于磁盘存储空间管理的那些信息，那些数据结构，也是存放在目录区当中的，就比如说咱们这个小节，接下来会学习的什么空闲表啊，还有卫视图啊之类的，这些数据结构，就是要存放在目录区当中，那文件区呢，就是用来存放普通的文件数据，所以这是文件区和目录区的区别，另外在有的支持超大型文件的那些，操作系统当中，也支持多个物理磁盘组成一个文件卷，那像平时咱们自己啊使用的电脑，都是把一个物理磁盘划分成多个，这种逻辑磁盘，但是在有的系统当中，可以把多个物理磁盘合并成一个，逻辑磁盘，一个文件卷，那这是存空间的划分与出示化，需要注意的几个知识点，首先是要知道什么是文件卷，或者叫逻辑卷逻辑盘，另外呢我们需要知道，文件卷会划分成目录区和文件区，还需要知道文件区和目录区，分别是用于存放什么数据的，另外我们需要注意的是，文件券是可以由多个物理磁盘组成的，那接下来我们

来看一种啊存储空间的管理方法，空闲表法，假设一个系统当中此时是这种情况，绿色的这些是表示空闲快，橙色的是表示非空闲的快，那假设使用的，是空闲表法的话，此时这个系统的磁盘，对应的空闲表就是这个样子，其实这个空闲表和我们在，内存管理的动态分区分配当中，学习过的空闲表，是极其类似的，它就是记录了，每一个空闲区间的起始位置，还有这个空闲区间的长度，这几这两个信息，那像第一个空闲区间是零一，这两个呃连续的，这个空闲快，所以这个空闲，区间对应的是第一个表象，那他的第一个空闲次旁快号是0，然后空闲旁快数是2，来看这个空弦区间10-14，这些都是空弦的词盘块，所以它对应的第三个表象，第一个词盘块号就是10，然后空弦盘块数就是5，这个很好理解，空闲表法一般来说适用于，文件的物理结构，是连续分配的啊，这种场景下，那接下来我们要探讨的问题是，采用这种方法应该怎么分配此板块，其实和内存管理的动态分区分配，是很类似的，我们首先需要知道的是，采用这种方式的话，那为文件分配的是一个连续的存空间，那我们同样可以采取像首次适应，最佳适应，最快适应，这些算法，来决定，到底要为文件分配哪一个空闲区间，那我们直接来举个例子，假设此时新创建了一个文件，这个文件请求呃要用要用三个词方块，那么如果我们采用的是首次适应，算法的话，系统会依次检查，这个空闲表当中的各个表象，然后找到第一个能够满足三个块，这样需求的一个空闲区间，那第一个空闲区间只有两个空闲块，显然不，满足第二个依然不满足第三个，有5个空闲块，因此这个空闲区间，是第一个能够满足三个连续的快，这样的要求的一个空闲区间，所以我们从这个空闲区间当中，摘出三个词盘块，分配给这个文件，也就是101112这三个词盘块，那么把它们分配了之后，这这个空闲区间的属性就改变了，因此我们也需要修改这个空闲区间，相应的一些数据，他的起始盘块号变成13号，然后他的空闲盘块数量就只剩下两个，那这是首次适应算法的一个例子，那最佳适应和最快适应，其实和咱们之前啊，在内存管理当中，介绍过的思想是一样的，最佳适应就是要找到一个，能够满足他的这个要求，并且最小的一个空闲区间进行分配，那最快适应的话，就是找到一个能够满足他需求，并且最大的一个连续的空闲区间，进行分配，因为学习过内存管理，所以这些应该都不难理解，这就不再展开，那接下来我们要探讨的问题

于是我们应该如何回收磁盘块，其实和动态分区分配依然是很类似的，当我们回收某一个存储区的时候，某回收某一些磁盘块的时候，我们需要注意的就是表现合并的问题，要注意，我们可能会呃遇到这样的4种情况，第一种情况是，回收区的前后都没有相邻的空闲区，那这种情况下就是会在空闲表当中，新增一个表象，第二种情况回收区的前后都是空闲区，那这种情况需要把它前后的空闲区，还有这个新回收的区域，它合并成同一个空闲区，因此如果发生第二种情况的话，那么表象的数量是会减少一个的，那第三种情况回收区的前面是空闲区，第四种情况回收区的后面是空闲区，三四这两种情况啊，并不会导致，空闲表的这个表象的数量有所改变，那我们直接来看第二个情况的例子，就是回收区前后都是空闲区的这，种例子，这此时有我们删除了一个文件，那系统要回收他所占用的151617，这几个磁盘块，因此回收151617这几个磁盘块的时候，会发现这个回收区的前面，和后面，都是有两个相邻的这种呃空闲区间，因此我们需要把这一整片的空闲区，把它给合并，因此，需要把这个空闲表当中的这两个表象，合二为一，变成这种形式，第一个空闲盘块号是13，那空闲盘块数是连续的8个，所以这个地方是8，这可以看到，当我们的回收区的前后，呃都是有相邻的空闲区的话，那么当我们把它回收了之后，会导致这个空闲表的表象数量减一，那另外的这三种情况，大家再结合咱们之前，内存管理当中学习过的那些内容，再自己进行分析一下，这就不再展开，那以上就是空闲表法啊，需要注意的一些问题，第一个需要注意的就是，系统是怎么记录这些空闲区间的，信息的第二个问题，我们需要注意的是，应该怎么进行次方块的分配，第三个我们需要注意的是，应该怎么回收这，些次方块，那接下来的一些存储空间管理方法啊，需要注意的也是这样的3个问题，好的那么下面

我们来看第二种方法空弦链表法，空弦链表法，又可以进一步划分为空弦盘块链，和空弦盘区链，它们的区别在于，空弦盘块链它是以盘块为单位，组成一条空弦链，就像这个样子，每个空弦的盘块中，都会存储着，指向下一个空弦盘块的这个指针，而空弦盘区链，是以盘区为单位组成一条空弦链，所谓的盘区，就是一些连续的空弦盘块，可以组成一个盘区，比如说像这个地方，121314这几个空弦盘块，由于它们是连续的，所以把它们组成一个啊盘区，然后，作为这个空弦链当中的其中一个节点，所以，这是空弦盘区和空弦盘块的一个区别，那通过这个图应该很好理解，那各个空弦盘区当中的一个盘块，里边会记录这个盘区的长度，还有下一个盘区的指针，比如说像这个地方21号盘块当中，就记录了这个盘区的长度是3，并且记录了指向下一个盘区的指针，也就是指向6号子盘块，那这是空弦盘块链，和空弦盘区链的一个区别，那接下来我们来看一下，采用这两种方式的话，对这个，呃磁盘块的分配与回收有什么区别，如果

弹的是空弦盘块链的话，那么首先系统会保存着，链头和链尾的指针，比如说像这个例子当中，链头就是20号磁盘，块链尾就是0号磁盘块，那么当需要分配k个磁盘块的话时候，系统就会从这个链头的位置开始，依次，呃从链头摘下k个磁盘块进行分配，并且修改这个空弦链的链头指针，那大家都学过数据结构，所以这个地方很好理解，那怎么回收呢，回收也很简单，我们需要回收的磁盘块，会把它依次挂到链尾，并且需要修改这个空弦链的链尾指针，所以这就是空弦盘块，链进行分配和回收的时候，需要做的，呃需要做的事情，那从，空闲盘块链的这个分配与回收的过程，我们也可以看到啊，这种方式一般来说，是适用于离赞分配的物理结构，那由于进行分配的时候，都是要从链头一个一个的摘下这些，空闲磁盘块，所以，为一个文件分配多个磁盘块的时候，可能需要重复多个操作，需要依次从链头摘下，接下来我们要讨论的是如何采

常的是空弦盘区链的时候，呃应该怎么分配给回收呢，首先与空弦盘块链相同的是，操作系统同样是需要保存，这个链头和链尾的指针，那在进行分配的时候，如果说一个文件申请k个盘块，那么我们同样是可以采用首次适应，最佳适应等等呃那些算法，从链头开始解锁，然后按照算法的规则，找到一个大小合适的啊这种空闲盘区，分配给文件，而如果说我们没有找到，合适的这种连续空弦块的时候，也可以把不同盘区的盘块同时，分配给一个文件，假如一个文件，它此时是需要啊6个磁盘块，那么由于在这个盘区链当中，找不到连续的6个空弦磁盘块，所以我们也可以把中间的这3个，还有这3个呃磁盘区都分配给文件，那这是分配的时候，一般来说会采取的策略，那如果说要回收一些磁盘块的话，那和咱们之前介绍的空闲表法一样，我们主要需要注意的是这个，回收区和空闲盘区的一个合并的问题，如果说此时回收的这几个空闲盘块，呃，没有与他们相邻的这种空闲盘区的话，那么这个回收区就会作为一个单独的，空闲盘区，挂到这个链的链尾，比如说此时回收的是1718这两个盘块，那么由于，他们的前面和后面，都没有相邻的空闲盘区，所以1718会作为单独的一个空闲盘区，然后把它挂到这个链的链尾，那这种空弦盘区链既适用于离散分配，也适用于连续分配，并且比起空弦盘块链来说，它给一个文件分配多个盘块的时候，效率要更高，因为空弦盘块链，只能从这个链当中，一个一个一个的把这些，磁盘块摘下来，而空弦盘区链可以一次摘出一大片，连续的空弦区间，所以它在分配多个磁盘块的时候，效率是要更高的，那接下来我们，

再来看第三种，呃存储空间的管理方法位式图法，这也是咱们在考试当中，最常考的一种方法，那这种方法的原理其实也很简单，就是用一个一个的二进，之位来分别对应各个盘块的呃，是否已分配这样的一个信息，比如说在这个例子当中，我们用0来代表一个盘块空弦，用一代表一个盘块不空弦以分配，那像啊这个地方，如果绿色的表示的是空弦，橙色表示的是不空弦的话，那前四个应该是零一 01，那这个地方就是0101，与他们都是一对应的，那后面的8个都是非空弦的，所以之后应该有8个连续的，112345678这八个连续的1分别对应这8个，非空弦的块，那再接下来的四个块是空弦的，所以接下来的四个二进之位应该是0，所以卫士图法的这种原理并不难理解，那一般来说，这个位识图的数据，在系统当中存储的时候，都是会存储成一系列连续的字，那比如说在这个例子当中，一个字的字长是16位，也就是这样的一行是16位，那每一个字有16个二进制位组成，因此，我们可以用字号和位号这样的二元组，来定位到其中的某一个二进制位，所以考试当中经常考察的内容就是，怎么从字号和位号，推算出他所对应的盘块号，或者怎么从盘块号逆，推出这个盘块号所对应的字号和位号，那这也是我们需要重点掌握的内容，那在做这个类型的题目的时候，大家一定需要注意题目的条件，盘块号，字号位号这些到底是从0开始的，还是从一开始的，这个例子当中，盘块号字号位号都是从0开始的，那如果说我们用n表示自乘的话，那这个字号位号i j，转换成对应的盘块号的公式，就可以写成n i加上j，我们来验证一下，字号为0位号为一的这个二进之位，也就是这个二进之位，它所对应的盘块号是多少呢，由于字长是16而字号为0，所以这这个地方乘以0再加上位号，这也就是加上1=1，所以这个二进之位，所对应的盘块号应该是1号块，那另外如果字号为一位号为10的话，那么它所对应的盘块号就应该是16，也就是字长乘以字号一，再加上位号呃j也就是10，最后等于26，所以呃字号为一，位号为10的这个二进之位，对应的是26号此盘块，那大家也可以自己数一下啊，他们俩确实是相对应的，那这是字号和位号，转换成旁块号的一个算法，那如果说要用旁块号推出字号和位号，怎么算呢，字号2等于旁块号b除以字长n，然后取整数部分，然后位号等于旁块号对n取余，所以在这个例子当中，如果说旁块号为13的话，那么它所对应的字号和位，号就分别是0和13，也就是对应的是这个二进之位，那如果说盘块号为31的话，它所对应的就应该是字号为一，位号为15，也就是字号为一位号为15，也就是这个二进之位，所以它和31号块是相对应的，这个大家也可以自己数一下，那这个例子当中，我们给出的是盘块号，字号位号都是从0开始的情况，在咱们王道书上给出的是啊，这几个数据都是从一开始的一个，算法，但是不管是从0开始还是从一开始，大家都需要能够自己推出来，这个并不需要死记硬背，那接下来我们要

考虑的问题是采用卫士图法的话，怎么进行词盘块的分配和回收，在进行分配的时候，如果说某个文件需要k个款，那么系统可以顺序的扫描这些卫士图，然后找到k个相邻或者不相邻的0，因为0代表的是空闲快嘛，另外呢，需要用这些呃0 对应的字号和位号，计算出，他们所对应的盘块号到底是多少，然后把这个盘块分配给文件，并且要把相应的位设置为一，也就设置为已分配的状态，那回收的过程也很简单，就是需要根据回收的盘块号，来计算出他所对应的字号和位号，然后再用字号和位号，找到相应的二进值位，把那个二进值位设为0，因此，从这个分配和回收的过程也可以看到，用字号和位号转换成盘块号，还有用盘块号，转换成他所对应的字号和位号，这个是十分重要的，那如果说采用的是卫士图法的话，在连续分配和离散分配的这种场景下，都适用，假如说呃是要求连续分配的话，那么我们在扫描这个卫士图的时候，就可以尝试找到连续的呃k个快，而如果说，采用的是离散分配的方式的话，那么在找这k个快的时候就不需要呃，一定要找到连续的k个0，那这是卫士图法，需要注意的一系列事情，那接下来我们来看，

最后一种存储空间的管理方法，陈组链接法，咱们之前介绍的空弦表法，还有空弦链表法，是不太适合于大型的文件系统的，因为在大型文件系统当中，空弦表和空弦链表有可能会很长很大，那在Unix系统当中，采用的是陈组链接法，对这个磁盘的空弦块进行呃，分组的管理，在文件卷的目录区当中，会设置一个专门的磁盘块，把它作为所谓的超级快，那这个超级快的作用咱们一会再解释，当系统启动的时候，需要把超级快读入内存，并且在整个过程当中需要，保持，内存和外存当中超级快的数据一致，那接下来我们来看一下，这个超级快到底有什么作用，在超级快当中，记录了下一组空前盘块的数量，比如说下一组，

总共有100个空闲盘块，另外他还需要记录啊，这100个空闲盘块的盘块号分别是多少，那通过这些盘块号，我们就可以依次，找到下一个分组的各个盘块了，所以这是第一个空弦盘块的分组，总共有100个，他们分别是201号磁盘块，一直到300号磁盘块，那这个地方需要注意的一点是，300号磁盘块，它作为这个分组的第一个磁盘块，也就是这个位置对应的磁盘块，在这个块当中，还需要记录，下一组空弦盘块的一些信息，同样的这个地方，100表示的是下一个空闲盘块的分组，总共有100个空闲盘，块那，这些数字就是代表了下一个分组当中，各个盘块的盘块号，所以通过这些盘块号，我们又可以找到再下一个分组的盘块，分别是哪些，那同样与之前类似，在这个分组当中400号盘块，它是这个分组当中的第一个盘块，所以400号盘块，也会在记录再下一个分组的盘块数量，还有各个盘块的这个盘块号，那用这种方式，我们就可以把整个系统当中，所有的空闲盘块给一一连起来了，那在倒数第二个分组的第一个盘块这，我们可以把这个数字，设置成一个特殊的值-1，就代表，再下一个分组已经是最后一个分组了，所以，如果找到这个值为-1的这个节点的话，那么就证明，在之后已经没有更多的分组了，另外大家需要注意的是，其实每一个分组的这些盘块号，并不要求连续，这个地方，我把这些数字设置成连续的原因，是为了让大家更方便的看出，每一个分组到底有多少个盘块，那像这个分组201-300总共100个数，也就对应100个盘块，那这和这个地方记录的啊这一组的，盘块数量刚好是对应的，只是为了让大家方便看出这件事情，另外呢大家需要注意的是，在成组链接法当中，每一个分组的盘块数量有一个上限，像这个例子当中，每个分组最多只有100个盘块，另外一个大家需要注意的是，最后一个分组的盘块数，是要比其他的这些分组要更少的，更少一块，那原因是出在这个地方，那接下来我们要探讨的是怎么，进行此盘块的分配，假设此时某一个文件需要分配，一个空闲块，那首先，是需要检查第一个分组当中的盘块，到底够不够这个文件的需求，那由于此时超级快，已经是读入内存的了，所以我们在进行这个检查的时候，并不需要读磁盘操作，我们只需要，找到内存当中超级快的这些数据，并且检查一下啊，下一组的这个空弦盘块数，是否大于此时要求呃，得到的这个空弦盘块数，那由于一是小于100的，所以说明这个第一个分组啊，当中的这些空闲盘块是足够分配的，那接下来，就会把这个分组当中的，最后的这个盘块，分配给这个文件，也就是201号盘块，那这个盘块分配出去之后，就需要把这个地方的数据删除，并且要把下一个分组的空弦盘块数，把它减一，也就从100变成99，那这样的话，就完成了分配一个空弦块这个事情，那接下来我们，再来看如果说，此时是需要分配100个空弦块的话，怎么办呢，首先第一件事也是检查，第一个分组到底够不够分配，那由于此时第一个分组的数量，总共有100个空弦盘块，因此第一个分组是足够的，因此接下来我们会把，第一个分组的这100个磁盘块，全部分配出去，不过这个地方需要注意的是，300号磁盘块存储了，再下一个分组的这些呃磁盘块的信息，因此如果我们把300号磁盘块，直接分配给那个文件，不做任何处理的话，那，和下一组的这些链接的信息就断掉了，因此在我们把300号，磁盘块正式分配给文件之前，我们需要把，300号磁盘块当中的这些数据，把它复制到这个超级块当中，那这样的话就可以保证，虽然这个分组已经全部，分配给这个文件了，但是下一个分组的这些链接信息，我们依然是保存在超级快当中的，那如果说，文件要求的是更多数量的空闲，快的话，那么我们依然是可以用同样的方式，把这些分组，一个一个一个的全部分配出去，不过需要注意的就是，每个分组真实分配出去之前，需要把，这个分组指向下一个分组的那些链接，信息都先复制到超级快当中，所以，超级快其实就充当了一个链头的作用，在这个链头当中，永远要保持指向下一个，分组的一些信息，那接下来我们再来看一下

怎么回收一个空弦块，假设每个分组的磁盘块上限是100块，而第一个分组此时只有99块，那么假如此时还要再，回收一个空弦块的话，那由于此时第一个分组还没满，所以我们可以把这个空弦块把它，插到第一个分组当中，比如说我们回收的是201号块，那么我们可以把201号块的，这个链接信息，把它放到超级快当中，并且把超级快当中的这个，下一组的空弦盘块数从99+1变成100，那这是第一种情况，如果分组没满的话，那么可以把这个，回收的空弦块插到一个分组当中，那再看第二种情况，假设此时第一个分组已经满了，总共有100个块，那如果此时还要再回收一个空，闲块的话，应该怎么处理呢，那由于这个分组已经满了，显然这个空闲块不能把它，放到这个分组当中，所以我们可以把这个新回收的空勤快，作为一个新的分组，不过需要注意的是，我们需要把这个超级快当中的内容，复制到这个新回收的快当中，这样的话，这个新回收的快它作为一个新的分组，它就拥有了指向下一个分组的这些，链接的指针，而由于我们的超级快，永远是要指向第一个分组的，所以超级快的数据就需要进行修改，让他指向第一个分组，也就是新的这个回收快，组成的这个新分组，那由于这个新分组当中，此时只有一个空线快，所以这个地方的数据是一，然后指向他的快号也就是3把，那这是回收的时候遇到的第二种情况，好的这个小节当中，

我们介绍了文件，存储空间管理相关的知识点，刚开始我们介绍了文件卷目录区，文件区的概念，这些概念大家需要结合我们的呃，生活经验，什么c盘d盘，e盘那些进行理解和记忆，另外大家需要注意的是，一个文件卷当中，目录区中会包含呃文件目录，还有像空闲表啊卫士图啊，超级快啊这些，用于文件管理相关的这些数据，而文件区，就是用于存放普通的文件数据的，那之后我们介绍了4种呃，存储空间管理的方法，空闲表法，有可能结合首次适应最佳适应最，坏适应等等这些算法来进行考察，那这个大家还需要回顾，咱们在内存管理那个章节当中，学习过的，这些算法的策略，那在空弦表法当中我们需要注意，在回收的时候，是不是应该对表象进行合并呢，那接下来我们又介绍了空弦链表法，它分要进一步可以细分为空弦盘块链，和空弦盘区链，空弦盘块链是以盘块为单位，组成一个空弦链，而盘区链是以盘区为单位，组成一个空弦链，要注意它们俩的区别，那第三种卫士图法，这是咱们在考试当中最常考察的一个，一个考点，大家要能够自己推出盘块号，还有字号位号之间的这种，转换的公式，另外呢在做题的时候需要注意，二进制0和1，到底哪一个是代表盘块空闲，哪一个是代表不空闲，还需要注意字号位号，盘块号到底是从0开始的，还是从一开始的，那最后我们介绍了成组链接法啊，这是Unix系统采用的一种策略，适合于大型文件系统，乘左链接法的规则比较复杂，并且不太方便用文字进行描述，所以这个知识点也，很难作为考题进行考察，不过，只要理解了刚才咱们分析的那些过程，那即使考到了其实也没有关系，肯定是可以做出来的，好的，那么以上就是这个小节的全部内容

No.7 文件的基本操作

各位同学大家好，在这个小集中，我们会学习文件的几种基本操作，包括创建文件删除，文件读文件写文件，打开文件和关闭文件，这些操作，在背后到底做了一些什么事情，那么其他的一些复杂的操作，也可以由这些基本操作来组合的完成，但是在考试当中，最经常考的还是这几种，首先我们来看一下创建文件的首选

要做一些什么事情，在我们平时自己使用电脑的时候，大家应该做过这样的操作，就是在某一个文件夹下，然后新建一个文本文档，也就是TXT那种文档，那么在我们点了这个新建之后，其实他在背后做的事情是，调用了操作系统的create，系统调用，那么我们在进行create系统调用的时候，需要提供几个参数，是要说明我们此时新建的这个文件，到底需要占用多大的外存空间，那比如说一个旁块是1KB，然后这次我们，申请的就刚好是一个旁块1KB，这么大小的空间，第二个我们需要说明的是，我们新建的这个文件，它存放的路径是什么地方，那我们在这个例子当中，它存放路径就是d旁的，demo这个目录下，第三我们还需要说明这个文件的，文件名到底是什么，在问到操作系统当中，我们点击右键，新建一个文本文档的时候，他在背后，会帮我们自动的填写这些参数，然后文件名是默认填写为，新建文本文档，点TXT然后大家也可以动手，去自己的电脑上试一下，那操作系统，在接收到我们的系统标准请求的时候，他在背后，需要主要做这样的两件事情，需要在外存当中，找到这个文件所申请的这么一些，词盘块词盘空间，那这个地方，可以结合上个小节，我们学习的空闲练表法，为图法空闲表法，陈组连接法等等这一系列的管理策略，来思考一下，为文件分配存储空间，到底是什么样一个流程，当然根据不同的这种存储空，间管理策略的不同，在分配存储空间的时候，所需要做的事情算法也是不一样的，这个是上个小节介绍的内容，那是系统需要做的第一个事情，第二个事情，那既然我们这个文件，它是放在某一个文件夹一个目录下的，那这样的话，我们肯定是需要找到，这个目录对应的目录表，然后在这个目录当中，插入这个文件对应的目录像，那目录像中需要包含文件名，还有文件的存放位置，等等一系列的信息，这是咱们在文件目录那个小节当中，介绍的内容，那这是创建文件的时候，需要做的两个事情，那删除文件的话

和创建文件刚好是相反的，当我们点右键删除这个文件的时候，其实它在背后是帮我们调用了，操作系统提供的delete系统调用，那在进行DELETE系统调用的时候，需要提供的几个参数是，第一文件的存放路径，这个文件存放在地盘的demo，这个目录下，第二需要提供文件名test点txt，那操作系统在，接收到这个系统调用请求的时候，会根据存放路径这，个参数，来找到demo这个目录对应的目录表，那接下来可以根据这个文件名，找到目录表当中对应的目录像，那既然找到了目录像，我们就可以知道这个文件，在外存当中是存放在什么位置，他占用了多少次方块这些信息，那于是根据目录像当中，啊记录的这些信息，操作系统就可以回收，文件占用的这些磁盘块了，那在回收这些磁盘块的时候啊，又根据空闲表法，空闲电表法等等这些，成熟空间管理的策略不同，也需要做不同的处理，这也是咱们上个小节介绍过的内容，第三，当文件占用的字盘块全部被回收之后，需要把文件，在目录表当中对应的目录像也给删除，那这是删除文件的时候，需要做的一些事情，接下来我们来介绍

大家可能不太熟悉的，操作叫做打开文件，在很多操作系统当中，对文件进行操作之前，都是要求先使用open，系统调用来打开文件的，那么在打开文件的时候，需要提供这样的几个参数，第一，我们要指明我们要打开的那个文件，存放路径是什么地方，文件名是什么，第三我们还需要指明，我们打开这个文件之后，会对文件进行哪些操作，比如说，我们对这个文件只是想进行读操作，或者我们对文件既有可能读，也有可能写，那么，根据我们想要进行的操作类型的不同，也需要提供不同的参数，操作系统在处理open系统内容的时候，主要做了这样的两件事情，第一会根据我们提供的文件存放路径，在，外存当中找到这个目录对应的目录表，那在这个地方，就是demo目录对应的目录表，另外呢不同的用户，对文件的操作权限是不一样的，有的用户可能只可以读这个文件，而有的用户既可以读文件，也可以写文件，而这些用户对文件的这些呃，访问权限的信息，其实也是记录在这个目录像当中的，所以可以根据这个目录像来检查，此时用户请求的这个操作，到底是否合法，如果说用户没有这种操作的权限的话，那就可以拒绝用户打开这个文件，就终止处理，而如果用户是有这种操作权限的话，那么接下来操作系统会把，这个文件对应的目录像，复制到内存当中的打开文件表当中，也就是说在用户打开了一个文件之后，这个文件相关的那些信息，就已经放到内存当中了，那之后用户想要在操作这个文件，只需要根据，这个打开文件表的这个编号，就可以找到，自己想要操作的这个文件的一切信息，这样的话，就不需要每次查文件的时候都，重新访问目录了，因此，把目录像复制到打开文件表当中，是可以大幅度的提升文件访问的，速度的那这是打开文件的时候，需要做的一些事情，另外呢大家需要注意

记得是有两种打开文件表，一种是系统的打开文件表啊，整个系统只有一张，然后这个打开文，件表当中会记录啊所有的，正在被其他进程，使用的文件的一些信息，另外每个进程，也会有一个自己的打开文件表，这张表当中记录了啊自己的这个进程，此时已经打开的文件到底是哪一些，那在进程的打开文件表当中，会有一个系统表的这个锁引号，比如说test点txt这个文件，在系统表当中是编号是k这个表象，那么这个地方的k，就是指向了这个表象，那同样的，如果另一个进程b，也打开了test点txt这个文件，那它同样也会，指向这个系统的打开文件表，那这个地方大家需要注意的是，在系统的打开文件表当中，有一个字段叫做打开计数器，就是用来记录这个文件，此时已经被几个进程打开了，那此时如果有两个进程打开了这个，文件的话，那这个打开计数器就应该修改为2，这样的数值，所以像打开计数器这个字段，是啊，系统的打开文件表当中，所特有的一个字段，那其实在整个系统当中，设置一个打开文件表的总表，这样的方式是比较方便实现某一些，文件管理功能的，比如说，我们在使用Windows操作系统的时候，如果我们要尝试删除某一个TXT文件，那此时如果这个TXD文件，已经被某个记事本进程打开了，那么系统是会提示我们，暂时无法删除该文件，这个大家可以自己动手试一下，那其实系统在背后做的事情就是，当我们选择删除文件的时候，他首先来检，查了一下这个文件，是否已经被某个进程打开了，也就是查询了系统当中的打开文件表，那如果此时这个文件，正在被某个进程使用的话，那这个文件的数据，显然是暂时不能删除的，所以如果我们在系统当中，设置了一个这样的总表的话，那么对于一些文件管理的功能，是很方便实现的，另外在进程的这个打开文件表当中，大家会发现有两个比较特殊的字段，一是叫读写指针，它其实就是记录了这个进程，对文件进行读写操作啊，此时进行到了什么位置，第二在进程的打开文件表当中，还需要标明这个进程，对文件的访问权限，比如说进程a，在打开test点txt这个文件的时候，只是声明了自己是呃，只会对test点txt这个文件进行指，读的操作，那么如果这个进程在之后，尝试对这个文件进行写操作，那系统会检查，他之前申请的这种访问的类型，由于之前他只声明了自己是指读，所以这个写操作应该是被拒绝的，是认为是不合法的，所以在进程的打开文件表当中，比较特殊的是读写指针和访问权限，这两个字段，不同的进程对一个文件进行读写操作，进行到的位置是不一样的，所以不同的进程的读写指针，也是应该不一样，另外，不同的进程在打开一个文件的时候，所申请的这种访问类型也是不一样的，因此访问权限这个字段，也应该放在进程的打开文件表当中，当然除了这个地方列，出的这些字段之外啊，在进程的打开文件表当中，还会有其他的一些文件的信息，这就没有全部列举，那接下来

我们来看一下，当一个用户使用完一个文件，选择关闭文件的时候，他在背后需要做一些什么事情，第一，当这个进程选择关闭一个文件的时候，那么我们可以把这个，进程的打开文件表当中，这个文件对应的表象先给删除，那相应的，需要回收分配给这个文件的内存，缓冲区等等一系列的资源，另外，我们需要对系统打开文件表当中的，这个表象，打开计数器进行一个简易的操作，那由于此时啊，这个打开计数器依然是大于0的，所以说明此时这个文件，还在被其中的某一些进程所使用，因此，系统打开文件表当中的这个表象，暂时不能删除，只有打开计数器为0的时候，才需要删除，系统打开文件表当中的这个表象，那这是关闭文件的时候，需要做的一些事情

我们来看一下读文件，也就是read系统调用，在背后做了一些什么事情，其实在我们双击打开，test点TXT这个文本文本文档的时候，在背后其实是调用了操作系统提供的，read系统调用，也就是读文件的功能，不过通过之前的讲解我们知道，在对文件进行读写操作之前，一定要先打开文件，所以其实在正式开始读文件的时候，记事本这个进程的打，开文件表当中，已经有了这个文件对应的一个表象了，因此记事本这个进程在读文件的时候，只需要指明自己要读的这个文件，他对应的，打开文件表的编号到底是多少，就可以了，那这是读文件的时候，需要提供的第一个参数，就是要指明到底要读的是哪一个文件，第二在读文件的时候还需要指明，此时需要读入的是多少个数据，比如说此时是要把这个文件，全部1KB的内容都读入内存，那么就需要指明此时需要读入的是1KB，这么多另外，还需要指明，这个读入的数据，到底是要放在内存当中的什么位置，那这些参数的填充，都是记事本这个进程，在背后为我们完成的事情，那操作系统在处理这个read，系统标准的时候，会根据啊打开文件表当中读写指针，这个读指针所指向的呃，外存地址那个地方，读入，用户指定的啊大小的这么多的数据，然后放到，用户指定的那个内存区域当中，就是读文件需要做的事情，而写文件的操作其实和

读文件是很类似的，在我们编辑完一个文本文档之后，我们可以点击文件保存这样一个功能，那点击保存之后，其实记事本这个应用程序，在背后是帮我们调用了，操作系统提供的写文件功能，也就是write系统调用，这个系统调养的作用，就是把这个文件在内存当中的数据，再写回到外存，保存到外存当中，所以在进行write系统调养的时候，我们也需要提供啊这样的几个参数，第一是需要指明，我们要呃写的到底是哪个文件，那同样的，这个进程只需要指明，这个文件，在打开文件表当中的序号到底是多少，啊操作系统就知道，我们要写的是哪个文件了，另外还需要指明啊，这个写操作需要写回的，数据到底是多少，比如说要把，这个内存当中的EKB全部写回外存，那么我们指明要写回的是EKB，另外我们还需要指明，我们要写回外存的这些数据，是放在内存当中的什么位置的，那操作系统根据write，系统调用的这些参数，会从用户指定的这个内存区域当中，读出指定大小的那些数据，然后写回，这个写指针所指向的外存区域当中，所以这是写文件要做的事情，它和读文件很类似，好的那么这个

小杰我们介绍了文件的几种基本操作，包括创建文件，删除文件，打开文件关闭文件读文件和写文件，那我们最需要注意的是，打开文件这个操作，这个操作会把目录像的信息，复制到内存当中的打开文件表当中，另外大家需要知道，内存中有两种打开文件表，一种是系统的打开文件表，另外一种是进程的打开文件表，系统的打开文件表当中，包含了所有的正在被使用的文件信息，而进程的打开文件表当中，只包，含了这个进程本身打开了的那些文，件信息，那需要注意的是在打开文件的时候，并不会把文件的数据直接读入内存，只是把文件的目录像，给复制到了内存的打开文件表当中，那这点也是很容易混淆的一个点，另外呢，系统会把打开文件表当中的锁引号，返回给用户，那之后用户就可以根据这个锁引号，来查询打开文件表，然后直接操作自己的文件，而不再需要每一次都查询目录，这个地方的所引号啊，在有的教材上也称为文件描述符，那，这个概念在咱们的考试当中也出现过，所以文件描述符这个术语，大家也需要注意一下，它指的其实就是打开文件表的一个，序号另外呢大家需要注意的是，在进程的打开文件表，和系统的打开文件表当中啊，都会有一些各自特有的属性，比如说每个进程都不一样的读写指针，还有访问权限，这些肯定是需要，放在进程的打开文件表当中，而一个文件总共被多少个进程打开了，这个数据肯定是需要放在，系统的打开文件表当中，那比较容易和打开文件，混淆的是读文件这个操作，只有读文件的时候，才会把文件的数据，真正的从外存读入内存，而对文件进行读写操作的时候，呃用户不需要再提供文件名，文件路径这些信息，只需要提供文件描述符，也就是这个文件，在打开文件表当中的所引号，操作系统就可以知道我们要读，要写的到底是哪个文件了，那打开文件和读文件这两个操作，是最容易在选择题当中进行考察的，大家需要重点关注好了，那么以上就是这个小节的全部内容

No.8 文件共享

各位同学大家好，在这个小节中，我们会学习操作系统应该怎么实现，文件共享的功能，那用户可以，使用操作系统提供的文件共享功能，然后方便的实现，多个用户，共享的使用同一个文件这样的事情，那文件共享的实现方式有这样的两种，一种是基于索引节点的共享方式，又叫硬链接的方式，另一种是基于符号链的共享方式，又叫软链接的共享方式，这个地方大家需要注意，多个用户共享同一个文件，意味着系统当中其实只有一份，文件数据，并且只要某一个用户，修改了这个文件数据，那其他用户，也可以看到文件数据的变化，而与共享比较容易混淆的，是复制的概念，如果是多个用户，都复制了同一个文件的话，那么系统当中其实是有好几份文件，数据，其中一个用户修改了自己的那一份，文件数据，其他用户，的文件数据其实并不会受到影响，所以这是复制和共享的一个区别，那接下来我们来介绍，实现共享的第一种方式，也就是基于所有节点的共享方式应

连接的方式，啊锁影节点的知识，咱们是在之前，啊文件目录的小节当中进行介绍的，它其实就是一种文件目录的瘦身策略，由于我们在根据路径检索文件的时候，只需要使用文，件名所以，我们可以把除了文件名，之外的其他信息，都放到锁影节点当中，这样的话目录像就可以变得更小，它只需要包含文件名，还有指向，啊锁影节点的一个指针就可以了，那采用锁引节点的这种策略，能够带来什么好处呢，大家还能不能回忆起来呢，假设此时有一个用户user一，他创建了一个新的文件叫做AAA，那么这个文件会对应一个锁引节点，并且这个锁引节点当中，会包含这个文件的呃，物理地址啊，还有这个文件相关的其他的一些属性，也是包含在锁引节点当中的，另外锁引节点当中还会，设置一个叫做链接技术的变量，就是这个地方的count，用于表示，此时，链接到这个锁引节点上的用户目录像，到底有多少个，什么意思呢，假设此时有第二个用户，他想共享的使用这个文件，那么这个用户的目录当中，也会有一个目录像，是指向这个文件的锁引节点的，那由于此时，有两个目录像是指向这个缩影节点的，所以这个count的值应该加一，也就是变成2，count等于2，也就说明此时有两个用户，正在共享的使用这个文件，那这就是基于锁引节点的共享方式，就是要让不同用户的目录像，指向同一个文件的锁引节点，并且在这个地方大家会发现，不同的用户对于这个文件，起的名字其实是可以不同的，在用户一的目录下这个文件名叫a a，而用户2的目录下这个文件名叫BBB那，如果说藏的是这种共享方式的话，在删除文件的时候，需要注意一些小细节，如果一个用户决定删除这个文件，那么其实系统在背后做的，只是删除了这个用户对应的，这个文件的目录像，然后把这个链接给断掉，那相应的锁应节点的count值也需要减1，不过由于此时count的值是大于0的，说明此时还有别的用户，正在使用这个文件，因此并不可以，直接把这个文件的数据给干掉，那除非这个count值变为了0的时候，这个文件还有它的锁影节点，这些数据，才可以真正的从系统当中删除，所以这是硬链接的共享方式当中，在删除文件的时候，需要注意的一个细节那这，

下我们来看第二种，基于符号链的种共享方式，又叫软链接的共享方式，那我们还是接着刚才的例子，继续往下分析，假设此时系统中有两个用户，user一和user 2，正在使用硬链接的方式在共享的，使用文件1，另一个用户user 3，想要使用软链接的方式来共享，啊这个文件一，那么user 3会建立一个新的文件，这个文件是一种特殊的link型的文件，这个文件当中，记录了文件一的存放路径，比如说我们可以通过c盘，然后user一，然后AAA这样的路径找到文件1，当然，这个地方的存放路径也可以保存为，c盘下面的user 2这个目录，然后在下面的BBB这个文件，用这样的路径也是可以找到文件一的，那其实这种link类型的文件，就有点类似于Windows，操作系统当中的快捷方式，那user 3想要访问CCC这个文件的时候，操作系统首先是判断CCC，它属于link类型的文件，于是会根据这个文件，当中记录的这个路径的信息，一层一层的来查找目录，然后最终找到AAA这个目录像，于是就可以开始访问文件一了，因此，如果采用的是软链接的共享方式的话，那并不是把呃自己的目录像，直接指向这个文件的锁印节点，而是创建了一个新的link型的文件，然后link型的文件当中，记录了这个文件的存放路径，之后操作系统会根据这个路径，来找到想要共享的那个文件，那我们来看一下Windows操作系统当中，快捷方式的例子

比如说我的QQ程序是安装在，这样的一个路径下的，然后在这个路径下有个QQ的启动程序，点exe的一个文件，那我们可以右键点击这个点exe文件，然后发送到桌面快捷方式，于是在桌面当中，就会出现一个这样的快捷方式，并且我们可以给这个快捷方式，随便取一个呃名字，那之后大家可以单击右键，然后查看一下这个啊快捷方式的属性，那大家就会发现，这个快捷方式其实就是用软链接，也就是用一个路径的方式，把它链接到了啊，QQ的那个启动程序那个地，方那当我们双击，桌面上的这个快捷方式的时候，其实操作系统会判断，会根据，这个文件当中记录的这个路径信息，来一层一层的往下解锁目录，最终找到QQ，解锁目录最终找到QQ的这个启动程序，那大家在休息的时候，可以自己捯饬一下Windows操作系统，系统快捷方式的这个属性这些东西，然后通过这个你就可以，理解软链接到底是怎么回事了，那接下来我们再分析一下，如果采用软链接

方式共享文件的话，删除一个文件，会不会对软链接进行造成什么影响呢，假设此时user，一和user 2都不再需要使用文件一，那由于此时这个count值变为了0，因此这个文件还有它的锁影节点，就可以直接被干掉了，那此时如果user 3，访问CCC这个link型的文件，那同样的，操作系统，首先会检查c盘下面的user这个目录，然后尝试从中找到AAA，这个文件对应的文目录像，但是由于此时AAA，这个目录像已经被删除了，所以通过这个路径，其实已经找不到文件一了，因此这个软链接就失效了，那我们还是结合Windows操作系统为例，我们把这个呃路径下的，QQ的那个启动程序，把它给删除，那此时如果我们双击打开，桌面上的那个快捷方式的话，操作系统就会提示我们，此快捷方式所指向的项目，QQ SC launcher点exe已经删除，也就是说，通过这个软链接当中记录的路径，已经找不到这个文件了，这个文件已经被删除了，因为这个文件名，对应的目录像已经没了，好的，那么这就是硬链接和软链接这两种，文件共享方式，

那大家需要重点理解的是，硬链接这种共享方式，在删除文件的时候，需要注意的一些事情，只有Ctrl值变为0的时候，才可以真正删除文件的数据，还有文件的锁影接电，否则会导致指针悬空的情况，而软链接，或者叫呃符号链接的这种共享方式，大家只需要自己，回去玩一下自己的Windows操作系统的，快捷方式，其实就可以理解了，它无非就是在另行文件当中，记录了我们要共享的那个文件，存放的路径到底是什么，然后操作系统会根据这个路径，一层一层的查找目录，最终就可以找到需要共享的文件，不过需要注意的是，如果转链接所指，向的那个共享文件已经被删除的话，那么这个另型的文件，其实依然是存在的，只不过，通过这个文件当中记录的路径，再去查找那个共享文件的时候，就会发生查找失败的情况，因为此时已经找不到，那个共享文件所对应的目录像了，另外由于软链接这种方式，每一次在访问共享文件的时候，都需要一层一层的去查询目录，那通过之前的讲解大家也知道，在，一层一层的查询目录的这个过程当中，其实是需要磁盘的l操作的，因此通过软链接的方式，去访问一个共享文件的速度，会比硬链接要更慢，好的，那么以上就是这个学习的全部内容

No.9 文件保护

各位同学大家好，在这个小节中，我们会学习文件保护相关的知识点，那操作系统需要保护文件数据的安全，那一般来说可以采用这样的3种方法，口令保护加密保护和访问控制，那我们会按从上至下的顺序，依次来学习，首先来看一下什么是口令保护比如

说一个用户，为自己的文件设置了一个口令，这个口令是a b c一一二二三三，那，其他的用户想要访问这个文件的时候，就必须提供这个相同的口令，操作系统会负责验证，这个用户提供的口令是否正确，一般来说，这个正确的口令是存放在，与文件相对应的FCB，或者缩印节点当中的，所以操作系统会从，FCB当中读出正确的口令，并且和用户提供的这个口令进行对比，如果这个口令正确，那么就允许这个用户访问文件，所以这种文件保护方式的优点就是，开销小首先是保存这个口令，带来的空间花销是很小的，也就是保存这样一个自付串，另外，当一个用户想要访问一个文件的时候，那操作系统无论如何，肯定是要找到这个文件对应的FCB和，或者缩印节点的，那从FCB或者缩印节点当中，取出这个口令并且进行对比，其实是不需要花太多的时间的，因此验证口令的时间开销也会比较小，但这种方式的缺点就在于，我们这个正确的口令，它是存放在系统内部的，所以如果有人入侵系统，并且知道了正确的口令的话，那么这个人，就可以畅通无阻的访问这个文件了，所以口令存放在系统内部是不安全的，那第二种方式叫做加密保护，就是使用某个

密码对文件进行加密，然后在访问文件的时候，呃用户需要提供正确的密码，才能把这个文件进行正确的解密，我们来举个例子，呃看一个最简单的加密算法亦或加密，如果祭祖的话，大家对易货运算应该是很熟悉的，那假设我们用瑜伽密，解密的密码是01001，这么一呃这么一串二进之位，那文件的原始数据是这样的，那我们可以用这个密码，和文件的这些原始数据，依次的做易货运算，那如果两个相同的二进之位，进行易货运算的话，呃他得到的结果应该是0，如果两个二进之位是不同的话，那么他们进行易货运算，得到的结果应该是1，可以对这些二进之位，依次进行易或运算，那么我们可以得到，用这个密码加密的结果，就是01100，然后接下来再对接下来的，啊这五个二进之位再进行加密，以此类推，这样的话，我们就可以把整个文件的数据，都进行加密，所以其实系统当中保存的并不是文，件的原始数据，而是保存了，对文件进行加密之后的这一份数据，所以，如果一个用户想要访问这个文件的话，那么必须对这个文件进行解密才行，不然的话，读出来其实就是一串没有意义的乱码，那解密的过程，其实也是用这一串密码，对这些二进之位进行，异货运算，那同样的两个相同的二进制位，进行异货啊，得到结果是0啊，这两个二进制位也相同，所以异货之后是0，这两个二进制位不同，所以异货之后是一，这两个相同所以异货后是0，这两个不同所以异货之后是一，那剩下的这些二进之位，也可以用相同的这种异或的算法，把它们都进行依次的解密，那这个地方大家会发现，如果在加密的时候，使用的密码，和解密的时候使用的密码是一致的话，那么加密和解密之后，这个文件的数据其实是完全一样的，大家可以自己动手啊尝试一下，并且对比一下文件的原始数据，还有解密之后的这个结果是否一致，总之如果用户能够提供，相同的正确的密码的话，那么是可以把这个加密的文件，给它解密成原有的那种，数据形式的，但如果用户，使用一个错误的密码进行解密的话，会发生什么情况呢，我们来看一下，假设用户用01111这样的，错误的一个密码来进行解密的话，那么，最终解密出来的结果是这个样子的，那大家可以对比一下，它和文件的原始数据是不一样的，因此如果一个用户不知道这个文件，的加密解密密码的话，那么它是没办法正常的访问，这个文件数据的，所以加密保护这种方式的优点就是保，密性强，并且不需要在系统当中存储密码，用户只需要自己记住啊，自己的密码是多少就可以了，那如果说他想要别的用户，也可以访问自己的这个文件的话，那他只需要，把自己的密码告诉别的用户就可以，不过这种方式的缺点也很很明显，就是在进行加密和解密，或者说，进行编码和译码的这个过程当中，需要花费一定的时间，那就是加密保护第三种

实现文件保护的方式叫做访问控制，系统会在每个文件的FCB，或者锁影节点当中，增加一个访问控制表，在这个访问控制表当中，记录了各个用户，可以对这个文件进行哪些操作，那需要注意的是呃，每一个文件都会有一张自己的，访问控制表，那用户对文件执行的操作，可以分为这样的一些类型，读写执行添加删除列表清单啊等等，那不同的系统，对这种操作的类型的划分不一样，这个地方不是很重要，大家自己看一下就可以了，比如说有一个系统当中，他所需要控制的操作类型就是这几种，并且这个系统当中有三个用户，一个是父亲一个是母亲一个是儿子，那么一个文件的访问控制表，可能就是长这个样子的，呃这个地方的一表示呃允许，0表示拒绝，所以，父亲这个用户可以对这个文件进行读，写执行添加删除，列表清单等等这一系列的操作，那母亲这个用户，只可只可以对这个文件进行读，执行还有列表清单这几种操作，而不能对文件进行写添加删除，而儿子这个用户，对文件的访问权限就是，不可以读，不可以写，什么都不能干，所以在这个系统当中的某个用户，在请求访问某个文件的时候，那操作系统就可以查看一下，这个文件的访问控制表，检查一下，这个用户，是否拥有对文件进行某种操作的权限，如果他没有这个权限的话，那就可以拒绝访问，所以可以用这种方式就保证，文件的安全性，那在这个例子当中，我们是以每个用户为单位，来标识每个用户，对某一个文件的这种读，写各种操作的权限，但是如果说一个计算，机当中有很多个用户的话，那么就有可能会导致这个访问，控制表的，长度很长，会很大那这个问题可以用，精简的访问控制表来解决，所谓精简的访问控制表

其实就是要以组为单位，来标记，各组的用户可以对文件执行哪些操作，比如说，我们可以把一个计算机的用户，分为这样的几个，分组第一组叫做系统管理员，第二组叫做文件组，第三组叫做文件组的伙伴，第四组叫做其他用户，那么每个用户都会，从属于其中的一个或者两个分组，那当一个用户，想要访问这个文件的时候，系统就会检查，他所属的那个分组，是否拥有相应的访问权，限所以其实操作系统也需要，管理这些用户分组的信息，他需要记录哪个用户是属于哪个分组，那精简的访问列表，就可以表示成这个样子，总共有这样的4个分组，每个分组的用户，对于一个文件的这些，呃这操作的权限是不一样的，那么在这个地方同样是一表示允许，0表示拒绝，那可以看到，如果说一个用户，是属于其他用户这个分组的话，那么他既不可以读这个文件，也不可以写这个文件，那如果说这个文件组，想要给某个用户也拥有读的权限的话，那么就可以由文件组把这个用户放到，文件组的伙伴这个分组当中，那这样的话，这个，用户就可以对文件进行读的操作了，那接下来，我们来看一下Windows操作系统，它是怎么实现访问控制的

首先我们可以给自己的Windows电脑，添加呃一个新的，本本地账户，像win 10例，就可以在设置当中找到，呃添加一个账户的这个选项，自己动手尝试一下，依次选择红框的这些部分，然后它会跳出一个让我们建立，新的账户的一个页面，那因为我们要创建的是本地账户，所以我们点这个地方，就红框的这个部分，于是会弹出一个这样的界面，我们可以呃，输入，我们想要设置的那个新账户的账户名，比如说这个账户叫做临时访客，然后点下一步确认，于是我们就可以在家庭和其他成员，这个地方，看到临时访客这个本地账，户了那如果说我们想要切换到，临时访客这个，本地用户的话，那么我们只需要菜单然后点这个地方，点临时访客就可以切换到这个用户了，接下来我们可以随便打开一个，呃自己的电脑当中的文件或者文件夹，点右键然后选择属性，在安全的这个夜间里，大家会发现，这个地方就可以看见Windows对各种，用户的分组，还有各个用户，实行呃访问控制的一个界面了，那像我的电脑当中，他默认是分为了这样的4个分组，像users这个分组当中的用户，只可以对照片这个文件夹，这个目录进行啊这样的三种操作，那其他的像，写入这种操作就是不允许的，还记得刚才我们创建了一个叫做，临时访客的用户吗，如果我们不想让临时访客那个用户，访问我们的照片这个文件夹的话，那么我们可以点这个编辑这个按钮，于是会挑出一个这样的页面，然后我们再点添加输入临时访客，然后再点确定，于是在这个地方，就会出现临时访客这个用户，相关的选项，接下来我们可以选择，拒绝临时访客这个用户，对照片这个文件夹进行，任何一种类型的操作，那点确定之后，大家会发现，系统给出了一个这样的提示，拒绝项优先于允许项，也就是说，临时访客这个用户，本来它是属于users这个分组的，users这个分组，本来是允许读取文件信息的，但是我们又在临时访客这选择了，拒绝读取这个文件，那由于拒绝项的优先级高，于允许项，所以，虽然临时访客也属于users这个分组，但是操作系统依然会认为，临时访客这个用户，是不允许读取这个文件这个目录的，那接下来我们在这个地方，切换成临时访客这个用户，然后尝试着打开呃照片这个文件夹，于是这个地方大家会发现，操作系统提示我们，此时这个用户无权访问该文件夹，那其实系统在背后做的事情，就是找到了照片这个，目录文件对应的FCB，然后根据FCB当中记录的，访问权限相关的一些信息，来判断临时访客这个用户，到底有没有权限访问这个文件夹，最后发现这个用户是没有权限访问的，于是就弹出了一个这样的提示框，好的那么这个小节，我们学习了3种文件保护的方式

保护加密保护和访问控制，那口令，保护和加密保护是比较容易混淆的，口令保护的，这个口令是存放在系统当中的，然后系统会，验证用户提供的口令是否正确，如果正确的话，才允许用户访问这个文件，而加密保护，其实这个密码不需要保存在系统当中，只有用户自己知道，那另一个用户想要访问一个加密的文，件的话那他需要使用，相同的密码，才可以对文件进行正确的解密，所以加密保护的安全性，要比口令保护要更高一些，但是他所带来的加密解密的开销，又需要花费一定的时间，最后我们介绍了访问控制这种，文件保护方式，绝大多数的现代操作系统，都支持访问控制这种方式来保护，啊文件那大家也可以自己动手去，问到操作系统下面，去看一下各个文件的安全属性，然后啊再动手捯饬一下，就可以对这个部分的内容，有更深的理解，那像口令保护和加密保护，这两种方式的话，只要用户知道了口令或者知道了密码，那用户就可以对这个文件，执行所有类型的操作，但是对于访问控制这种方式来说，它可以实现更复杂的文件保护功能，它可以把，用户对文件的操作，分为各种不同的类型，然后，不同的用户可以执行不同类型的操作，所以，访问控制这种方式实现的文件保护，其实也是要更灵活一些，那再一个大家需要注意的是，如果对某个目录，进行了访问权限的控制，那么，也需要对这个目录下面的所有文件，进行相同的访问权限控制，就像刚才咱们，举到的那个照片文件夹的例子一样，一个用户不允许访问照片，那个文件夹那个目录，那他同时，也不允许访问，这个目录下的所有的文件，好的，那么以上就是这个小节的全部内容

No.10 文件系统的层次结构

No.11 文件系统的全局结构（布局）

好这个视频中，我们一起来看第4章的信号点，文件系统的全局结构，我们从一个词盘出厂，物理格式化，再到逻辑格式化，来一步一步的认识，文件系统在外存当中是如何一步，一步被建立的首先，一个词盘刚被生产出来的时候，它里边没有划分善区，那第一步要做的事情就是低级格式化，又叫物理格式化，物理格式化，会把磁盘分为一个一个的山区，同时在物理格式化的时候，也会检测，这个磁盘当中有没有坏山区存在，如果有坏山区存在，那么就会使用一些备用山区，来顶替坏山区，那坏山区的存在，对于操作系统来说也是透明的，假设现在操作系统要访问这个坏山区，它的编号为n，那么磁盘驱动器在物理格式化之后，他知道这是一个坏善区，那操作系统，他想要访问n号善区的时候，他就会用一个备用善区，一个好的善区来替代坏善区，在背后，悄悄的完成这个替代的一个工作，因此我们说，坏扇区对于操作系统来说也是透明的，他意识不到坏扇区的存在，那物理格式化做的就是划分扇区，并且检测出坏扇区，同时用一些备用扇区来替换坏扇区，好这是物理格式化做的事情，物理格式化完了之后，接下来应该逻辑格式化对吧，又叫高级格

格式化那逻辑格式化，会把词盘分为一个一个的分区，又叫一个一个的卷，比如大家最熟悉的c盘d盘e盘，这就是3个不同的分区，我们的一个词盘被分为多个分区，那每一个分区的大小是多少，它是从哪个地址到哪个地址，它的一个地址范围是多少，这个就需要用分区表，来记录那在每一个分区当中，可以建立各自独立的文件系统，比如说我们在c这个分区里面，可以建立一个Unix的文件系统，那Unix的文件系统，它在内部的一个呃结构就是这个样子，这有一个引导快，然后一个超级快，超级快我们在课程的呃，磁盘空闲分区管理那个部分学过，有了超级快，就可以迅速的找到，这个磁盘分区里边所有的空闲快，这样的话当我们要新建一个文件，给一个文件分配磁盘块的时候，就可以从超级快出发，迅速的找到很多很多个空闲的磁盘块，呃用来分配好，另外这还会有一个，和空闲空间管理相关的一个数据结构，比如说卫视图，它应该也有印象0101对吧，0代表一个磁盘块控弦，一代表一个磁盘块不控弦，位识图，可以迅速的判断某一个特定的磁盘块，此时到底是否控弦，而超级快的作用，更多的是，要迅速的找到若干个呃控弦的盘块，所以这两个数据结构，它们在功能上有一定的重合性，都可以标记哪些盘块空闲，但是二者在实际的使用中啊，会有一些区别，好接下来这有一个i节点区，所谓i节点就是我们熟悉的锁影节点，每个文件都会有一个呃，与之对应的锁影节点，那Unix文件系统当中所有的锁影节点，都是连续存放在这个i节点区的，你可以认为，这个区域就是一个超大的数组，而数组的元素，就是一个一个的锁影节点，由于锁影，节点在这个区域是连续的存放的，而且每一个锁影节点的大小都相同，所以，我们就可以通过一个锁影节点的下标，就是数组的下标，来迅速的定位到一个指定的锁影节点，呃因为我们知道了所有锁影节点的，一个起始存放地址，以及每个锁影节点的大小，在结合上我们要找的那个锁，影节点的下标，那我们就可以迅速的定位到，任何一个锁影节点，所存储的位置，好这是爱节点区，下面是根目录，当我们完成了逻辑格式化之后，根目录也会被建立起来，因为任何一个文件系统，都必须从一个根目录出发，来建立新的下集的目录，或者存储新的文件，好所以逻辑格式化之后，在这个图当中，灰色的这些部分，就是已经有实际数据的部分，这是逻辑格式化填充进去的一些东西，而白色的这些区域，会用于保存其他文件和其他目录，这片区域在逻辑格式化了之后，是暂时为空的，只有你新建了文件，或者新建了其他的目录之后，这些部分才会慢慢的被填充上数据，好那这就是逻辑格式化要做的事情，好那到此为止，我们解决了文件系统在外存当中的呃，布局在外存当中的结构，接下来，我们看文件系统在内存当中的结构，来看一下文件

系统在内存当中是什么样子，那内存分为用户区和内核区，内核区当中有这样的三个重要的东西，一个是目录的缓存你最近访问过的，一些目录的数据，会被暂时缓存在啊内存当中，比如说你最近查找过目录m，那么由于查找目录m，需要把这个目录的数据，也就是呃目录当中包含的这些f，c b都给读入储存，那那如果接下来一段时间内，你又访问到了这个目录m，我们就没有必要，反复的从外存一次一次的读入，这样很耗费时间，所以，近期访问过的一些目录文件的数据，会被缓存在内存当中，那这么做可以加快目录检索的速度，而这是文件系统在内存当中的第一个，呃比较重要的东西，目录的缓存，也就是近期访问过的一些目录数据，那除此之外，还会有两个很重要的数据结构，一个叫系统打开文件表，一个叫用户打开文件表，也可以称为进程打开文件表，那顾名思义，系统打开文件表整个系统只有一张，而进程打开文件表，是每个进程会有一张，这样的打开文件表，那这个打开文件表，是包含在每个进程的PCB当中的，记录了某一个进程，他当前打开了哪些文件，那这就是文件系统在内存中的结构，分为目录的缓存，系统打开文件表和进程打开文件表，这样的3个东西，好接下来，我们不妨用一个例子来梳理一下，这些东西，它是怎么工作的来，

看这样的一个例子，假设现在我们用open系统调用，尝试着打开呃，m这个目录下面的a这个文件，好现在我们，找到了文件a所存放的这个目录m，那接下来会把这个目录m的数据，给读入储存，给它缓存起来，读入储存了之后，是不是就可以检查这个目录像了，一个一个来对比，哎发现其中有一个目录像，这个文件的名字和我们要找的文件a，是能对的上的，那么接下来做的事情，就是要把a这个文件的FCB，目录像，给复制到系统打开文件表当中，复制一份表示这个文件被打开，同时设置它的打开技术为1，这意味着当前有一个进程正在打开，正在使用a这个文件，好另一个方面，刚才发起open系统调用的那个进程，它有一个进程打开文件表，需要在它的进程打开文件表当中，新建一个条目，这个条目当中会记录它的打开方式，打开方式到底是只读还是又要读，还要写，那这也是在open打开文件的时候，要指明的一个东西，在这个进程打开文件表当中，我们不会保存a这个文件的f c b，我们只会有一个指向，系统打开文件表的，所以那这样的话通过进程打开文件表，就可以找到，系统打开文件表当中对应的条目，而这个条目当中，是不是就可以找到呃这个文件，所对应的FCB了，好因此刚说的第三步，我们会在进程打开文件表当中，新建一个调目，同时返回这个调目的一个文件描述符，你可以简单的理解为，这个文件描述符就是指向，进程打开文件表的一个，指针，也就说当我们open打开一个文件之后，这个系统调用会给我们，程序员返回一个文件描述符，描述符FD，接下来我们通过这个文件描述符FD，就可以对我们打开的文件，进行相应的操作，比如接下来我们要对文件a，执行一个读操作，read系统调用，那么我们就只需要传入，这个文件描述符FD，同时指明要读多少个字节，以及要读到什么地方，指明这样的一些信息，那接下来操作系统，在接收到你的这个read系统调用之后，它就可以根据呃文件描述符FD，首先去呃进程打开文件表当中，找到对应的条目，然后再根据这个呃锁影信息，再找到，系统打开文件表当中对应的条目，然后再从这条目当中找到，这个文件它的FCB，好接下来再通过这个FCB，操作系统就可以确定文件a，它存放在外存当中的什么位置，好那通过这个例子，我们就能直观的感受到，文件系统在内存当中的呃这些个东西，他们有什么作用，以及这些东西他们的逻辑关系，好的那么到此为止，我们就完成了这个新考点的一个学习

No.12 虚拟文件系统

来看第四章剩下的两个新考点，虚拟文件系统和文件系统的挂载，首先来认识一下什么是虚拟文件系统，我们先看一个没有虚拟文件，系统的情况，普通的文件系统长这个，样子，我们知道在我们使用计算机的时候，计算机上，难免会插上各种各样的外部存储设备，比如说你可能会插上一个移动硬盘，可能会插上一个u盘，那不同的这种存储设备，它里边的文件系统格式，可能是各不相同的，比如呃移动硬盘，它可能是NTFS这种文件系统的格式，而u盘，有可能是fat这种文件系统的格式，而你自己的磁盘，电脑里边本身就有的这个磁盘，有可能是UFS这种文件系统，所以可以看到，我们的计算机内部，有可能同时存在各种各样的呃，文件系统，那不同的文件系统，它的开发者在开发的时候，是不是有可能定义的函数，接口各不相同，比如说，同样是open打开文件的系统调用，那说不定UFS这个文件系统，它就是只有两个参数，然后NTFS这个文件系统，它可能函数的名字不一样，叫f open然后只有一个参数，fat可能又是另一个函数名字，同时参数列表，以及参数的格式也不一样，那这会导致什么问题呢，我们在写代码的时候，如果我们要从一个文件系统，打开一个文件，那么我们在操作，左边这个文件系统的时候，我们得按照他这个规范来写代码，中间这个文件系统，又是另一种不一样的函数点用的格式，这对于我们上层的用户，上层的程序员而言是不是很麻烦，是不是意味着，我还得根据我要找的这个文件，到底存放在什么样的文件系统里边，来调整我的这个函数代码，只要底层的文件系统不一样，那我可能就得修改我的代码，因此操作系统内核，应该向上层的用户进程，提供一个统一标准的函数调用接口，所以在操作系统当中，就引入了虚拟文件系统，英文缩写叫VFS，这个v就是

Virtual虚拟的意思，好那么有了虚拟文件系统之后，用户进程再打开一个文件的时候，他只需要根据这个虚拟文件系统，制定的标准，来写自己的代码就可以了，比如说我要打开一个文件，那可能这个函数名就叫open，然后里面的参数就是x y z这样的3个，那无论我要打开的这个文件，它实际是存放在哪个文件系统当中的，我写代码的时候我都不用管，我只需要按照，虚拟文件系统，向上提供的这个统一标准的接口，来写我的代码就可以了，好所以，虚拟文件系统的第一个特点，就是向上层的用户进程，提供了统一标准的系统调用接口，因此虚拟文件系统的存在，对于用户而言，是帮用户屏蔽了底层，具体文件系统的实现差异，好这是虚拟文件系统的第一个特性，好现在，虚拟文件系统可以，处理，上层用户发来的一个标准的系统调，用请求然后这个虚拟文件系统，会负责去操作，底层一个具体的文件系统，但是刚才我们不是说每一个文件系统，它的函数呃，可能名字参数列表这些都不一样对吧，有的可能叫，open有的可能叫f open，那这对于虚拟文件系统来说，又是一个麻烦，是不是意味着，只要我下层的这些文件系统，他对外提供的函数调用接口不统一，那么我这个虚拟文件系统，在调用一个具体文件系统的时候，我的这个函数调用代码，也需要根据不同的文件系统，来进行改变，那这就意味着，我得频繁的修改，我这个操作系统内核的代码，对吧那这显然也是不科学的，为了解决这个问题，虚拟文件系统，会要求底层的这些文件系统，必须给我实现，我给你规定好的这些函数接口，比如说任何一个文件系统，只要想在我这个操作系统上，被支持被使用，那么你就必须按照我给你的这个要求，这个标准，去实现我规定好的这个函数，函数名叫什么，函数里边的各个参数分别是什么含义，什么格式，这都是我规定好规定死的，所以，如果我们要创造一个新的文件系统，想要在某一个呃操作系统上，被使用被支持的话，那我们就必须要满足这个操作系统，的虚拟文件系统，提出的这些要求，要实现特定功能的函数，比如说open read write等等，好因此，虚拟文件系统，除了对上层用户，提供了一个统一标准的接口之外，它还会要求，底层的这些具体的文件系统，要实现我规定好的这些函数接口，如果你实现不了那抱歉，你这个文件系统，就不被我这个操作系统所支持，好那这是虚拟文件系统的第二个特性，那现在可，以看到虚拟文件系统的底层，有可能是一个UFS文件系统，有可能是一个f a t文件系统，那我们知道，UFS文件系统的这个目录像以及f

媒体文件系统的目录像，它们的格式是有很大差别的，UFS这种文件系统，每个目录像，只包含文件名和爱结点编号，这样的两个信息，我们需要根据爱结点的编号，把这个爱结点给读入储存，然然后才可以知道啊这个文件，它具体的一些原数据，以及它的存储地址等等这些信息，而对于fat文件系统来说，只要我读入了啊某一个文件的目录像，这个FCB里边就包含了我想要知道的，关于这个文件的所有信息，那这就造成了一个新的问题，对于虚拟文件系统来说，当我要打开一个具体的文件的时候，如果文件来自UFS这种文件系统，那么我读入的文件信息就长这个样子，而如果这个文件它来自fat文件系统，那我读入的文件信息，就长下面这个样子，这样的话，虚拟文件系统在内存当中，就必须使用不同的数据结构，来表示，来自不同文件系统的这些文件的信息，那这是不是也很麻烦，好所以为了解决这个问题，在虚拟文件系统当中，每当我们open打开了一个文件之后，这个虚拟文件系统就会给这个文件，在储存当中新建一个vino的，又叫微节点，这个vino的里边包含的就是文件的各，种各样的信息，那无论我打开的这个文件是来自于，呃UFS还是来自于fat，管你来自于什么样的文件系统，在我打开这个文件之后，我都会把这个文件相关的信息给，复制到这个vino的节点当中，这样的话，虚拟文件系统，就可以用一个统一的数据结构Vinod，来表示任何一个文件的信息，无论你这个文件，是存放在哪一种文件系统当中，好那这是虚拟文件系统，我们需要注意的第三个特性，每打开一个文件，就会在主存中新建一个vinod，有这样的两个地方值得注意，首先vinod和INOD看起来很像，但他们是两个完全不一样的东西，vinod只存在于主存当中，每一个被打开的文件，在主存中都会有一个与之对应的vinod，那INO，那i nod它既会被调入主存，同时在外存当中也会存储i nod，如果我们此时要打开的文件，刚好是在UFS文件系统当中，那么我们找到这个文件，所对应的目录像之后，会把文件的i note从外存先读入主存，然后在储存当中，不是给他新建了一个vinode吗，我们刚才读入的这个inode的各种信息，这些信息会被复制到vinode当中，好所以注意window和INOD的区别，这点，我认为很适合作为选择题的一个选项，好这是关于window的第一个，呃值得注意的地方，它只存在于储存当中，第二个值得注意的地方，你会看到这个地方，我把呃有一个东西涂，成了更深的红色，函数功能指针是什么东西，

之前我们说不同的文件系统，它需要实现虚拟文件系统规定的，呃一些呃函数的功能，比如说open read write必须实现，那每个文件系统open read right，它背后具体的代码其实是各不相同的，所以这个Renote当中的函数功能指针，其实是指向了，对应文件系统的函数功能列表，这样的话，只要我们open打开了一个文件，那之后我们要对文件进行的任何操作，比如说要对它进行read，或者要对它进行write，那任何一个操作，都可以先找到这个文件的vinod，然后根据vinod当中，记录的这个函数功能指针，再找到具体的对应的这个文件系统，它的函数功能列表，然后去执行这个具体的函数，这样就可以实现从上至下，一层一层的这种，函数调用，好所以在VINO的当中，除了文件的原数据各种信息之外，我们还会保存，这个文件所属的文件系统，他所提供的这个函数功能的列表，好那这就是虚拟文件系统，我们需要注意的一些特性，第一他要，向上层的用户提供一个标准的接口，像Linux里边，就是按照posix标准来定义的接口，另外虚拟文件系统向下也会要求，必须要实现某一些具体的，函数接口，第三，虚拟文件系统当中会有一个数据结构，叫做windowed，每一个被打开的文件，都会有一个与之对应的VINO的同，时这个VINO的里边，保存了具体的函数功能指针，好的那这就是虚拟文件系统，接下来看文件系统的挂载

文件系统的挂载，又叫文件系统的安装，或者叫装载都可以，也就是如何将一个文件系统，挂载到操作系统上，大家经常会使用文件系统挂载的功能，只是你没发现，比如你把一个优盘插到你的电脑上，那你优盘的这个文件系统，就需要挂载到你的操作系统上，那具体来说，就是要挂载到，你操作系统的虚拟文件系统里面，好，那这给大家总结了文件系统的挂载，需要做的一些事情，首先我们需要在虚拟文件系统当中，注册我们新挂载的这个文件系统，在内存当中，这个虚拟文件系统，会管理一个数据结构，叫做挂载表，这个表，包含了每个文件系统的相关信息，包括文件系统的格式，以及这个文件系统的，容量大小等等这些基本的信息，比如像这个图里边，它挂载了呃三个文件系统，那么在虚拟文件系统的挂载表当中，就会有3个表象，三个表象分别指向了这个UFS，NTFS和fat三个文件系统，那当我们要挂载一个新的文件，系统的时候，这个新挂载的文件系统，也得给他新建一个呃表象，那这就完成了呃文件系统的一个注册，可以让，虚拟文件系统发现这个新的文件系统，好接下来每一个文件系统，它对什么open read right，这些函数的实现啊都各不相，同所以，新挂载的文件系统，需要向虚拟文件系统，提供一个自己的函数地址列表，我的open系统调用存放在哪个地址，我的red系统调用，这个代码存放在什么地址，也就是，刚才我们这一页看到的这个东西，有了这个东西，才可以让虚拟文件系统来调用呃，我们新挂载的这个文件系统，所提供的这些，功能函数，好接下来第三步，我们需要把新的这个文件系统，加到我们指定的挂载点当中，也就是要把这个新文件系统，挂载到某一个副目录下面，而这个看起来好像比较抽象，但其实并不难理解，什么是挂载点呢，如果你用的是Windows电脑，那么当你插入一个移动硬盘，或者插入一个u盘的时候，你会发现在你的这个界面上，它会有一个新的盘幅，那每一个盘它会用不同的编号，什么c d e啊这儿的什么h啊g等等，用一个盘幅的编号，来标识一个新的设备，新的文件系统，所以对于Windows操作系统而言，我们新加入新挂载的这个文件系统，它的挂载点就是这个地方，也就是和什么c盘d盘，e盘这些是评级的呃一种关系，而如果你使用的是Mac电脑，那你可以试一下，你在你的电脑上接上一个硬盘，或者接上一个u盘，然后在你的系统跟目录下面，去找到这个叫做volume的文件夹，在这个目录下面，你会看到你新挂载上去的这个文件，系统所以对于慢系统而言，这个呃新的文件系统，它的挂载点就是根目录下面的volume，这个目录支架，这就是所谓的挂载点，一个新加入的文件系统，需要把它挂载到某一个特定的位置，它可以在某一个，原本存在的副目录下面，只有确定了新文件系统挂载的位置，那接下来我们才可以正常的访，问和使用，这个新的文件系统，好那这就是所谓文件系统的挂载，，