第四章 文件管理

一、文件系统基础

1.基本概念

2.文件的逻辑结构

顺序文件：

索引文件：

索引顺序文件：

效率分析：

多级索引顺序文件：

总结：

3.文件目录

文件控制块（FCB）

目录的基本操作：

目录结构：

树形目录结构可以很方便地对文件进行分类，层次结构清晰，也能够更有效地进行文件的管理和保护。但是，树形结构不便于实现文件的共享。为此，提出了“无环图目录结构”。

索引结点：

总结：

4.文件的物理结构

（文件分配方式）

文件块、磁盘块：

连续分配：

• 优点：支持顺序访问和直接访问（即随机访问）；连续分配的文件在顺序访问时速度最快
• 缺点：不方便文件拓展；存储空间利用率低，会产生磁盘碎片

链接分配：

链接分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。分为隐式链接和显式链接两种。

隐式分配：

隐式链接——除文件的最后一个盘块之外，每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。文件目录包括文件第一块的指针和最后一块的指针。

• 优点：很方便文件拓展，不会有碎片问题，外存利用率高。
• 缺点：只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低，指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间

显式分配：

显式链接——把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中，即 文件分配表（FAT，FileAllocation Table）。一个磁盘只会建立一张文件分配表。开机时文件分配表放入内存，并常驻内存。

• 优点：很方便文件拓展，不会有碎片问题，外存利用率高，并且支持随机访问。相比于隐式链接来说，地址转换时不需要访问磁盘，因此文件的访问效率更高。
• 缺点：文件分配表的需要占用一定的存储空间。

逻辑结构与物理结构对比总结：

5.文件存储空间管理

存储空间的划分：

空闲表法：

空闲链表法：

分为空闲盘块链以及空闲盘区链

位示图法：

• 如何分配：若文件需要K个块，①顺序扫描位示图，找到K个相邻或不相邻的“0”；②根据字号、位号算出对应的盘块号，将相应盘块分配给文件；③将相应位设置为“1”。
• 如何回收：①根据回收的盘块号计算出对应的字号、位号；②将相应二进制位设为“0”

成组链接法：

空闲表法、空闲链表法不适用于大型文件系统，因为空闲表或空闲链表可能过大。UNIX系统中采用了成组链接法对磁盘空闲块进行管理。

文件卷的目录区中专门用一个磁盘块作为“超级块”，当系统启动时需要将超级块读入内存。并且要保证内存与外存中的“超级块”数据一致

如何分配？

Eg ：需要1个空闲块

①检查第一个分组的块数是否足够。1<100，因此是足够的。

②分配第一个分组中的1个空闲块，并修改相应数据

总结：

6.文件的基本操作

7.文件共享

注意：多个用户共享同一个文件，意味着系统中只有“一份”文件数据。并且只要某个用户修改了该文件的数据，其他用户也可以看到文件数据的变化。

如果是多个用户都“复制”了同一个文件，那么系统中会有“好几份”文件数据。其中一个用户修改了自己的那份文件数据，对其他用户的文件数据并没有影响。

硬链接：

软链接：

总结：

8.文件保护

口令保护：

加密保护：

访问控制：

总结：

二、文件系统

1.文件系统结构

2.文件系统布局

逻辑格式化

在外存中

在内存中

用open系统打开文件的过程

3.虚拟文件系统

普通的文件系统

虚拟文件系统

特点：

• ①向上层用户进程提供统一标准的系统调用接口，屏蔽底层具体文件系统的实现差异
• ②VFS要求下层的文件系统必须实现某些规定的函数功能，如：open/read/write。一个新的文件系统想要在某操作系统上被使用，就必须满足该操作系统VFS的要求
• ③每打开一个文件，VFS就在主存中新建一个 vnode，用统一的 数据结构表示文件，无论该文件存储在哪个文件系统。
• 注意：vnode 只存在于主存中，而 inode（索引结点） 既会被调入主存，也会在外存中存储

存在的问题：

实现函数的过程：

文件系统挂载

主要参考：王道考研课程
后续会持续更新考研408部分的学习笔记，欢迎关注。
github仓库（含所有相关源码）：408数据结构笔记