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目录
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操作系统的文件管理
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文件的逻辑结构
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逻辑结构的文件类型
- 对于逻辑结构的文件类型，文件可以分为有结构文件和无结构文件
- 有结构文件
- 文本文件，文档和媒体文件都属于有结构文件
- 文件内容由定长记录和可变长记录组成
- 定长记录存储文件格式、文件描述等结构化数据项
- 可变长记录存储文件具体内容
- 例（一个PNG文件）：
- PNG文件标记和文件结束标记都属于定长记录
- PNG数据块属于可变长记录
- 无结构文件
- 也称为流式文件
- 文件内容长度以字节为单位
- 二进制文件和链接库都属于无结构文件
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顺序文件
- 顺序文件是指按顺序存放在存储介质中的文件
- 磁带只能顺序读取和读写
- 磁带的存储特性使得磁带文件只能存储顺序文件
- 由于是顺序存储的，顺序文件是所有逻辑文件当中存储效率最高的，因为读和写时只要按照顺序地读和写就行
- 但也因此，它的增删改是非常没有效率的
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索引文件
- 可变长文件不适合使用顺序文件格式存储
- 索引文件是为了解决可变长文件存储而发明的一种文件格式
- 索引文件需要配合索引表完成存储的操作
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辅存的存储空间分配
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辅存的分配方式
- 分为连续分配，链接分配，索引分配
- 连续分配
- 如果文件存储时需要用一系列的扇区，那么就会把连续的扇区分配给文件
- (优点)顺序读取文件内容非常容易，速度很快
- (缺点)对存储要求高，要求满足容量的连续存储空间
- 为了解决这个缺点发明了链接分配方式
- 链接分配可以将文件存储在离散的盘块中
- 需要额外的存储空间存储文件的盘块链接顺序
- 按照额外存储空间的不同，把链接分配分为隐式链接分配和显式链接分配
- 隐式链接分配
- 隐式分配的下一个链接指向存储在当前盘块内
- 隐式分配适合顺序访问，随机访问效率很低
- 可靠性差，任何一个链接出问题都影响整个文件
- 显式链接分配
- 使用一个表，这个表存储物理盘块以及物理盘块的下一盘块的数据
- 这个表就是FAT表
- FAT不支持高效的直接存储(FAT记录项多)
- 检索时FAT表占用较大的存储空间(需要将整个FAT加载到内存)
- 因此有了索引分配
- 索引分配把文件的所有盘块集中存储(存储所有盘块的位置叫索引)
- 读取某个文件时，将文件索引读取进内存即可，不需要把整个表加载进内存里
- 每个文件都有一个索引块，记录所有盘块信息
- 索引分配方式支持直接访问盘块，因为在索引里可以直接找到这个文件的对应的盘块
- 文件较大时，索引分配方式具有明显优势
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存储空间管理
- 主要有3种方法：
- 1.空闲表
- 2.空闲链表
- 3.位示图
- 空闲表
- 有2个内容：
- 1.第一个空闲盘块号
- 2.空闲盘块数
- 空闲盘区的分配与内存分配类似
- 也是使用首次适应算法、循环适应算法、快速适应算法来分配空闲盘块的
- 回收过程也与内存回收类似
- 空闲链表
- 空闲链表法把所有空闲盘区组成一个空闲链表
- 每个链表节点存储空闲盘块和空闲的数目
- 其分配和回收也与内存类似
- 位示图
- 位示图维护成本很低
- 位示图可以非常容易找到空闲盘块
- 位示图使用0/1比特位，占用空间很小
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目录管理
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目录树
有了目录树使得任何文件或目录都只有唯一路径
Linux目录
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Linux的文件系统
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常见文件系统
- 1.FAT
- 2.NTFS
- 3.EXT2/3/4
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FAT(文件配置表)
- 使用一张表保存整个盘块的信息
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NTFS(新技术文件系统)
- Windows NT环境的文件系统
- NTFS对FAT进行了改进，取代了旧的文件系统
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EXT2/3/4(扩展文件系统)
- 主要在Linux上使用，不能被Windows所识别
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EXT文件系统
- 如果把一个磁盘或一个U盘给格式化成EXT文件系统
- 那么它的逻辑结构如下：
- 每一个Block Group都是独立的，都具有各自完整的信息
- 每一个Block Group都包含有(布局)：
- 1.Superblock(超级块)
- 2.文件系统描述
- 3.Inode bitmap(索引节点位图)
- 4.Block bitmap(块位图)
- 5.Inode table(索引节点表)
- 6.Data block(数据块)
- Inode
- 存放文件及目录的基本信息，其本质是结构体
- 如存放：
- 文件类型，文件权限，文件物理地址，文件长度，文件连接计数，文件存取时间，索引唯一编号，文件状态，访问计数，链接指针等
- 文件名不是存放在文件的Inode节点上的，而是存放在包含它的目录的Inode节点上
- 这是为了列出目录文件时无需加载文件的Inode
- Inode table(索引节点表)
- 存放文件Inode的地方
- 每一个文件(目录)都有一个Inode
- Inode是每一个文件(目录)的索引节点
- Ext文件系统管理外存的方式就是索引分配方式
- Inode bitmap
- Inode的位示图
- 记录已分配的Inode和未分配的Inode
- 当一个文件系统初始化时，Inode的数目就已经固定了，因此就可以使用位示图记录已分配的Inode和未分配的Inode
- Data block
- 是存放文件内容的地方
- 每个block都有唯一的编号
- 文件的block记录在文件的Inode上
- 文件的物理地址其实记录的就是文件的block记录
- Block bitmap
- Block的位示图
- 功能与Inode bitmap类似
- 记录Data block的使用情况
- 当我们需要对一个文件进行外存分配时，我们就会通过查询Block bitmap来分配相关的Data block
- Superblock
- 记录整个文件系统相关信息的地方
- 包括Block和Inode的使用情况，时间信息，控制信息等
- 使用df -T可以查看系统所挂载的磁盘信息
- 使用dumpe2fs 指定的某一设备 查看文件系统的Inode信息