操作系统———文件管理

一、初识文件管理

1.文件属性

文件名： 由创建文件的用户决定文件名，主要是为了方便用户找到文件，同一目录下不允许有重名文件。
标识符： 一个系统内的各文件标识符唯一，对用户来说毫无可读性，因此标识符只是操作系统用于区分各个文件的一种内部名称。
类型： 指明文件的类型位置：文件存放的路径（让用户使用）、在外存中的地址（操作系统使用，对用户不可见）。
大小： 指明文件大小。
创建时间、上次修改时间。
文件所有者信息。
保护信息： 对文件进行保护的访问控制信息。

2.文件内部数据组织

无结构文件（如文本文件）由一些二进制或字符流组成，又称"流式文件"。有结构文件（如数据库表）由一组相似的记录组成，又称为"记录式文件"。记录是一组相关数据项的集合，数据项是文件系统中最基本的数据单位。

3.文件之间组织

用户可以自己创建一层一层的目录，各层目录中存放相应的文件。系统中的各个文件就通过一层一层的目录合理有序的组织起来了。目录也是一种特殊的有结构文件。

4.操作系统向上提供的功能

需要注意的是，读写文件之前，需要打开文件。读写文件结束之后，需要关闭文件。可用几个基本操作完成更复杂的操作，比如复制文件，先创建一个新的空文件，再把源文件读入内存，再将内存中的数据写到新文件中。

5.文件如何存放在外存

与内存一样，外存也是由一个个存储单元组成的，每个存储单元可以存储一定量的数据（如1B）。每个存储单元对应一个物理地址。类似于内存分为一个个“内存块”，外存会分为一个个“块/磁盘块/物理块”。每个磁盘块的大小是相等的，每块一般包含2的整数幂个地址（如本例中，一块包含2¹⁰个地址，即1KB）。同样类似的是，文件的逻辑地址也可以分为（逻辑块号，块内地址），操作系统同样需要将逻辑地址转换为外存的物理地址（物理块号，块内地址）的形式。块内地址的位数取决于磁盘块的大小。操作系统以“块”为单位为文件分配存储空间，因此即使一个文件大小只有10B，但它依然需要占用1KB的磁盘块。外存中的数据读入内存同样以块为单位。

6.其他需要由操作系统实现的文件管理功能

文件共享：使多个用户可以共享使用一个文件。
文件保护：如何保证不同的用户对文件有不同的操作权限。

7.总结

二、文件的逻辑结构

所谓的“逻辑结构”，就是指在用户看来，文件内部的数据应该是如何组织起来的。而“物理结构”指的是在操作系统看来，文件的数据是如何存放在外存中的。类似于数据结构的“逻辑结构”和“物理结构”。如“线性表”就是一种逻辑结构，在用户角度看来，线性表就是一组有先后关系的元素序列，如：a，
b，c，d，e…

“线性表”这种逻辑结构可以用不同的物理结构实现，如：顺序表/链表。顺序表的各个元素在逻辑
上相邻，在物理上也相邻；而链表的各个元素在物理上可以是不相邻的。因此，顺序表可以实现“随
机访问”，而“链表”无法实现随机访问。

可见，算法的具体实现与逻辑结构、物理结构都有关（文件也一样，文件操作的具体实现与文件的逻
辑结构、物理结构都有关）

1.无结构文件与有结构文件

按文件是否有结构分类，可以分为无结构文件、有结构文件两种。
无结构文件：文件内部的数据就是一系列二进制流或字符流组成。又称“流式文件”。如Windows操作系统中的.txt文件。
有结构文件：由一组相似的记录组成，又称“记录式文件”。每条记录又若干个数据项组成。如数据库表文件。一般来说，每条记录有一个数据项可作为关键字。根据各条记录的长度（占用的存储空间）是否相等，又可分为定长记录和可变长记录两种。

2.有结构文件的逻辑结构

2.1顺序文件

顺序文件：文件中的记录一个接一个地顺序排列（逻辑上），记录可以是定长的或可变长的。各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。顺序存储――逻辑上相邻的记录物理上也相邻（类似于顺序表）。链式存储――逻辑上相邻的记录物理上不一定相邻（类似于链表）。

串结构通常按照记录存入的时间决定记录的顺序。

2.2索引文件

建立一张索引表以加快文件检索速度。每条记录对应一个索引项。文件中的这些记录在物理上可以离散地存放。索引表本身是定长记录地顺序文件。因此可以快速找到第i个记录对应地索引项。可将关键字作为索引号内容，若按关键字顺序排列，则还可以支持按照关键字折半查找。每当要增加/删除一个记录时，需要对索引表进行修改。由于索引文件有很快地检索速度，因此主要用于对信息处理地及时性要求比较高的场合。

另外，可以用不同的数据项建立多个索引表。如学生信息表中，可用关键字“学号”建立一张索引表。也可用“姓名”建立一张索引表。这样就可以根据“姓名”快速地检索文件了。

2.3索引顺序文件

思考索引文件的缺点：每个记录对应一个索引表项，因此索引表可能会很大。比如文件的每个记录平均只占8B，而每个索引表项占32个字节，那么索引表都要比文件内容本身大4倍，这样对存储空间的利用率就太低了。

索引顺序文件是索引文件和顺序文件思想的结合。索引顺序文件中，同样会为文件建立一张索引表，但不同的是并不是每个记录对应一个索引表项，而是一组记录对应一个索引表项。在本例中，学生记录按照学生姓名的开头字母进行分组。每个分组就是一个顺序文件，分组内的记录不需要按关键字排序。索引顺序文件的索引项也不需要按关键字顺序排列，这样可以极大地方便新表项的插入。

若一个顺序文件有10000个记录，则根据关键字检索文件，只能从头开始顺序查找（这里指的并不是定长记录、顺序结构的顺序文件），平均须查找5000个记录。

若采用索引顺序文件结构，可把10000个记录分为v10000=100组，每组100个记录。则需要先顺序查找索引表找到分组（共100个分组，因此索引表长度为100，平均需要查50次)，找到分组后，再在分组中顺序查找记录（每个分组100个记录，因此平均需要查50次）。可见，采用索引顺序文件结构后，平均查找次数减少为50+50=100次。

同理，若文件共有10⁶个记录，则可分为1000个分组，每个分组1000个记录。根据关键字检索一个记录平均需要查找500+500=1000次。这个查找次数依然很多，如何解决呢?

为了进一步提高检索效率，可以为顺序文件建立多级索引表。例如，对于一个含10⁶个记录的文件，可先为该文件建立一张低级索引表，每100个记录为一组，故低级索引表中共有10000个表项（即10000个定长记录），再把这10000个定长记录分组，每组100个，为其建立顶级索引表，故顶级索引表中共有100个表项。

3.总结

三、文件目录

1.文件控制块

目录本身就是一种有结构文件，由一条条记录组成。每条记录对应一个在该放在该目录下的文件。目录文件中的一条记录就是一个文件控制块（FCB），FCB的有序合集称为文件目录，一个FCB就是一个文件目录项。

FCB中包含了文件的基本信息（文件名、物理地址、逻辑结构、物理结构等），存取控制信息（是否可读/可写、禁止访问的用户名单等），使用信息（如文件的建立时间、修改时间等）。FCB实现了文件名和文件之间的映射。使用户（用户程序）可以实现按名存取。

2.目录结构

2.1单级目录结构

早期的操作系统并不支持多级目录，整个系统中只建立一张目录表，每个文件占一个目录项。单级目录结构实现了按名存取，但是不允许文件重名。因此在创建一个文件时，需要先检查目录表中有没有重名文件，确定不重名之后才能允许建立文件，并将新的文件对应的目录项插入到目录表中。单级目录结构不适合用于多用户操作系统。

2.2两级目录结构

早期的多用户操作系统，采用两级目录结构。分为主文件目录（MFD，Master File Directory）和用户文件目录（UFD，User File Directory）。

2.3多级目录结构（树形目录结构）

用户(或用户进程）要访问某个文件时要用文件路径名标识文件，文件路径名是个字符串。各级目录之间用 “/” 隔开。从根目录出发的路径称为绝对路径。系统会根据绝对路径一层一层地找到下一级目录。显然每次都从根目录开始查找，是很低效的。因此可以设置一个当前目录，从当前目录开始访问相对路径。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，也能够有效的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。

2.4 无环图目录结构

无环图目录结构是在树形目录结构的基础上增加了一些指向同一结点的有向边，使整个目录成为一个有向无环图，可以更方便地实现多个用户之间的文件共享。可以用不同的文件名指向同一个文件，甚至可以指向同一个目录（共享同一目录下的所有内容）。需要为每个共享结点设置一个共享计数器，用于记录此时有多少个目录在共享该结点，在用户提出删除结点的请求时，系统不会直接把该共享结点删除，而只是删除该用户的 FCB，并使得共享计数器减1，只有共享计数器减为0时，才删除结点。

需要注意的是，共享文件不同于复制文件，在共享文件中，由于各用户指向的是同一个文件，因此只要其中一个用户修改了文件数据，那么所有的用户都可以看到文件数据的变化。

3.索引节点

其实在查找各级目录的过程中只需要用到“文件名”这个信息，只有文件名匹配时，才需要读出文件的其他信息。因此可以考虑让目录表“瘦身”来提升效率。

索引表指针指向索引节点，除了文件名之外的文件描述信息都放到这里来。假设一个FCB是64B，磁盘块的大小为1KB，则每个盘块中只能存放16个FCB。若一个文件目录中共有640个目录项，则共需要占用640/16 = 40个盘块。因此按照某文件名检索该目录，平均需要查询320个目录项，平均需要启动磁盘20次（每次磁盘l/o读入一块)。若使用索引结点机制，文件名占14B，索引结点指针站2B，则每个盘块可存放64个目录项，那么按文件名检索目录平均只需要读入320/64=5个磁盘块。显然，这将大大提升文件检索速度。

4.总结

四、文件的物理结构

1.文件块、磁盘块

类似于内存分页，磁盘中的存储单元也会被分为一个个“块/磁盘块/物理
块”。很多操作系统中，磁盘块的大小与内存块、页面的大小相同。内存与磁盘之间的数据交换（即读/写操作、磁盘I/O）都是以“块”为单位进行的。即每次读入一块，或每次写出一块。在内存管理中，进程的逻辑地址空间被分为一个一个页面。同样的，在外存管理中，为了方便对文件数据的管理，文件的逻辑地址空间也被分为了一个一个的文件“块”。于是文件的逻辑地址也可以表示为（逻辑块号，块内地址）的形式。操作系统为文件分配存储空间都是以块为单位的。用户通过逻辑地址来操作自己的文件，操作系统要负责实现从逻辑地址到物理地址的映射。

2.文件分配方式

2.1连续分配

连续分配方式要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。

用户给出要访问的逻辑块号，操作系统找到该文件对应的目录项（FCB），物理块号 = 起始块号 + 逻辑块号。文件目录中记录存放的起始块号和长度（总共占用几个块）。可以直接算出逻辑块号对应的物理块号，因此连续分配支持顺序访问和直接访问（随机访问）。

读取某个磁盘块时，需要移动磁头。访问的两个磁盘块相隔越远，移动磁头所需时间就越长。连续分配的文件在顺序读/写时速度最快。缺点是物理上采用连续分配的文件不方便拓展。存储空间利用率低，会产生难以利用的磁盘碎片，可以用紧凑来处理碎片，但是需要耗费很大的时间代价。

2.2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。

2.2.1隐式链接

目录中记录了文件存放的起始块号和结束块号。当然,也可以增加一个字段来表示文件的长度。除了文件的最后一个磁盘块之外，每个磁盘块中都会保存指向下一个盘块的指针，这些指针对用户是透明的。

用户给出要访问的逻辑块号i，操作系统找到该文件对应的目录项(FCB)……从目录项中找到起始块号（即0号块），将0号逻辑块读入内存，由此知道1号逻辑块存放的物理块号，于是读入1号逻辑块，再找到2号逻辑块的存放位置…….以此类推。因此，读入i号逻辑块，总共需要i+1次磁盘I/O。

采用链式分配（隐式链接）方式的文件，只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低。另外，指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。采用隐式链接的链接分配方式，很方便文件拓展。另外，所有的空闲磁盘块都可以被利用，不会有碎片问题，外存利用率高。

2.2.1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，File Allocation Table）。

假设某个新创建的文件“aaa”依次存放在磁盘块2->5->0->1：
假设某个新创建的文件“aaa”依次存放在磁盘块4->23->3：

注意：一个磁盘仅设置一张FAT 。开机时，将FAT读入内存，并常驻内存。FAT的各个表项在物理上连续存储，且每一个表项长度相同，因此“物理块号”字段可以是隐含的。

用户给出要访问的逻辑块号i，操作系统找到该文件对应的目录项（FCB）…… 从目录项中找到起始块号，若i>0，则查询内存中的文件分配表FAT，往后找到i号逻辑块对应的物理块号。逻辑块号转换成物理块号的过程不需要读磁盘操作。采用链式分配（显式链接）方式的文件，支持顺序访问，也支持随机访问（想访问i号逻辑块时，并不需要依次访问之前的0~i-1号逻辑块），由于块号转换的过程不需要访问磁盘，因此相比于隐式链接来说，访问速度快很多。显然，显式链接也不会产生外部碎片，也可以很方便地对文件进行拓展。

2.3索引分配

索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中，系统会为每个文件建立一张索引表，索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块（索引表的功能类似于内存管理中的页表――建立逻辑页面到物理页之间的映射关系）。索引表存放的磁盘块称为索引块。文件数据存放的磁盘块称为数据块。

假设某个新创建的文件“aaa”的数据依次存放在磁盘块2->5->13->9。7号磁盘块作为“aaa”的索引块,索引块中保存了索引表的内容。可以用固定的长度表示物理块号（如假设磁盘总容量为1TB=2⁴⁰B，磁盘块大小为1KB，则共有2³⁰个磁盘块，则可用4B表示磁盘块号），因此，索引表中的“逻辑块号”可以是隐含的。

用户给出要访问的逻辑块号i，操作系统找到该文件对应的目录项（FCB）…… 从目录项中可知索引表存放位置，将索引表从外存读入内存，并查找索引表即可只i号逻辑块在外存中的存放位置。

可见，索引分配方式可以支持随机访问。文件拓展也很容易实现（只需要给文件分配一个空闲块，并增加一个索引表项即可）但是索引表需要占用一定的存储空间。

若每个磁盘块1KB，一个索引表项4B，则一个磁盘块只能存放256个索引项。如果一个文件的大小超过了256块，那么一个磁盘块是装不下文件的整张索引表的，如何解决这个问题？

①链接方案

如果索引表太大，一个索引块装不下，那么可以将多个索引块链接起来存放。

假设磁盘块大小为1KB，一个索引表项占4B，则一个磁盘块只能存放256个索引项。若一个文件大小为256256KB =65,536 KB= 64MB，该文件共有256256个块，也就对应256*256个索引项，也就需要256个索引块来存储，这些索引块用链接方案连起来。若想要访问文件的最后一个逻辑块，就必须找到最后一个索引块（第256个索引块），而各个索引块之间是用指针链接起来的，因此必须先顺序地读入前255个索引块。

②多层索引

多层索引：建立多层索引（原理类似于多级页表)。使第一层索引块指向第二层的索引块。还可根据文件大小的要求再建立第三层、第四层索引块。

假设磁盘块大小为1KB，一个索引表项占4B，则一个磁盘块只能存放256个索引项。若某文件采用两层索引，则该文件的最大长度可以到2562561KB= 65,536 KB = 64MB。可根据逻辑块号算出应该查找索引表中的哪个表项。如:要访问1026号逻辑块，则1026/256= 4，1026%256=2。因此可以先将一级索引表调入内存，查询4号表项，将其对应的二级索引表调入内存，再查询二级索引表的2号表项即可知道1026号逻辑块存放的磁盘块号了。访问目标数据块，需要3次磁盘I/O。

若采用三层索引，则文件的最大长度为25625625*1KB = 16GB。类似的，访问目标数据块，需要4次磁盘I/O。

③混合索引

混合索引：多种索引分配方式的结合。例如，一个文件的顶级索引表中，既包含直接地址索引（直接指向数据块），又包含一级间接索引（指向单层索引表）、还包含两级间接索引（指向两层索引表）。

3.总结

五、逻辑结构与物理结构

1.存储空间的划分与初始化

存储空间的划分：将物理磁盘划分为一个个文件卷（逻辑卷、逻辑盘）。

2.空闲表法

空闲表法适用于连续分配方式。如何分配磁盘块：与内存管理中的动态分区分配很类似，为一个文件分配连续的存储空间。同样可采用首次适应、最佳适应、最坏适应等算法来决定要为文件分配哪个区间。如何回收磁盘块：与内存管理中的动态分区分配很类似，当回收某个存储区时需要有四种情况―—①回收区的前后都没有相邻空闲区；②回收区的前后都是空闲区；③回收区前面是空闲区； ④回收区后面是空闲区。总之，回收时需要注意表项的合并问题。

3.空闲链表法

3.1空闲盘块链

操作系统保存着链头、链尾指针。如何分配：若某文件申请K个盘块，则从链头开始依次摘下K个盘块分配，并修改空闲链的链头指针。如何回收:回收的盘块依次挂到链尾，并修改空闲链的链尾指针。适应于离散分配的物理结构，为文件分配多个盘块时可能要重复多次操作。

3.2空闲盘区链

操作系统保存着链头、链尾指针。如何分配：若某文件申请K个盘块，则可以采用首次适应、最佳适应等算法，从链头开始检索，按照算法规则找到一个大小符合要求的空闲盘区，分配给文件。若没有合适的连续空闲块，也可以将不同盘区的盘块同时分配给一个文件，注意分配后可能要修改相应的链指针、盘区大小等数据。如何回收：若回收区和某个空闲盘区相邻，则需要将回收区合并到空闲盘区中。若回收区没有和任何空闲区相邻，将回收区作为单独的一个空闲盘区挂到链尾。离散分配、连续分配都适用。为一个文件分配多个盘块时效率更高。

4.位示图法

位示图：每个二进制位对应一个盘块。0代表盘块空闲，1代表盘块已分配。位示图一般用连续的字来表示，本例中一个字的字长是16位，字中的每一位对应一个盘块。因此可以用（字号，位号）对应一个盘块号。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”。

5.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。

如何分配100个空闲块：①检查第一个分组的块数是否足够。100=100，是足够的。②分配第一个分组中的100个空闲块。但是由于300号块内存放了再下一组的信息，因此300号块的数据需要复制到超级块中。

如何回收：假设每个分组最多为100个空闲块，此时第一个分组已有99个块，还要再回收一块，直接插入超级快，并把超级快下一组空闲盘块数加一。

如何回收：假设每个分组最多为100个空闲块，此时第一个分组已有100个块，还要再回收一块。需要将超级块中的数据复制到新回收的块中，并修改超级块的内容，让新回收的块成为第一个分组。

6.总结

六、文件的基本操作

1.创建文件

调用create系统调用，需要提供所需的外存空间大小，文件存放路径，文件名。操作系统在处理Create系统调用时，主要做了两件事：1.在外存中找到文件所需的空间（结合空闲链表法、位示图、成组链接法等管理策略，找到空闲空间）；2.根据文件存放路径的信息找到该目录对应的目录文件，在目录中创建该文件对应的目录项。目录项中包含了文件名、文件在外存中的存放位置等信息。

2.删除文件

调用Delete系统调用，需要提供文件存放路径和文件名。操作系统在处理Delete系统调用时，主要做了两件事：1.根据文件存放路径找到相应的目录文件，从目录中找到文件名对应的目录项；2.根据该目录项记录的文件在外存的存放位置、文件大小等信息，回收文件占用的磁盘块。（回收磁盘块时，根据空闲表法、空闲链表法、位图法等管理策略的不同，需要做不同的处理）

3.打开文件

调用Open系统调用，需要提供文件存放路径，文件名，对文件的操作类型（r只读；rw读写等）。操作系统在处理open系统调用时，主要做了两件事：1.根据文件存放路径找到相应的目录文件，从目录中找到文件名对应的的目录项，并检查该用户是否有指定的操作权限；2.将目录项复制到内存中的“打开文件表”中。并将对应表目的编号返回给用户。之后用户使用打开文件表的编号来指明要操作的文件。

4.关闭文件

调用Close系统调用。操作系统在处理Close系统调用时，主要做了几件事：1.将进程的打开文件表相应表项删除；2.回收分配给该文件的内存空间等资源；3.系统打开文件表的打开计数器count 减1，若count = 0，则删除对应表项。

5.读文件

进程使用read系统调用完成写操作。需要指明是哪个文件（在支持“打开文件”操作的系统中，只需要提供文件在打开文件表中的索引号即可），还需要指明要读入多少数据（如:读入1KB）、指明读入的数据要放在内存中的什么位置。操作系统在处理read系统调用时，会从读指针指向的外存中，将用户指定大小的数据读入用户指定的内存区域中。

6.写文件

进程使用write系统调用完成写操作，需要指明是哪个文件（在支持“打开文件”操作的系统中，只需要提供文件在打开文件表中的索引号即可0，还需要指明要写出多少数据（如写出1KB)、写回外存的数据放在内存中的什么位置。操作系统在处理write系统调用时，会从用户指定的内存区域中，将指定大小的数据写回写指针指向的外存。

7.总结

七、文件共享

1.基于索引节点的共享方式（硬链接）

索引结点中设置一个链接计数变量count，用于表示链接到本索引结点上的用户目录项数。若count = 2，说明此时有两个用户目录项链接到该索引结点上，或者说是有两个用户在共享此文件；若count > 0，说明还有别的用户要使用该文件，暂时不能把文件数据删除，否则会导致指针悬空；当count = 0时系统负责删除文件。

2.基于符号链的共享方式（软链接）

当User3访问“ccc”时，操作系统判断文件“ccc”属于Link类型文件，于是会根据其中记录的路径层层查找目录，最终找到User1的目录表中的“aaa”表项，于是就找到了文件1的索引结点。

3.总结

八、文件保护

1.口令保护

为文件设置一个口令，用户请求访问该文件时必须提供口令。口令一般存放在文件对应的FCB或索引结点中。用户访问文件前需要先输入口令，操作系统会将用户提供的口令与FCB中存储的口令进行对比，如果正确，则允许该用户访问文件。优点是保存口令的空间开销不多，验证口令的时间开销也很小。缺点是正确的口令存放在系统内部，不够安全。

2.加密保护

使用某个密码对文件进行加密，在访问文件时需要提供正确的密码才能对文件进行正确的解密。优点是保护性强，不需要在系统中存储密码。缺点是编码/译码需要花费一定的时间。

3.访问控制

在每个文件的FCB（或索引结点）中增加一个访问控制列表（Access-Control List， ACL），该表中记录了各个用户可以对该文件执行哪些操作。

有的计算机可能会有很多个用户，因此访问控制列表可能会很大，可以用精简的访问控制表解决这个问题。精简的访问列表：以“组”为单位，标记各“组”用户可以对文件执行哪些操作。如分为系统管理员、文件主、文件主的伙伴、其他用户几个分组。当某用户想要访问文件时，系统会检查该用户所属的分组是否有相应的访问权限。

4.总结

九、文件系统的层次结构

用户接口：文件系统需要向上层的用户提供一些简单易用的功能接口。这层就是用于处理用户发出的系统调用请求（Read、Write、Open、Close等系统调用）。
文件目录系统：用户是通过文件路径来访问文件的，因此这一层需要根据用户给出的文件路径找到相应的FCB或索引结点。所有和目录、目录项相关的管理工作都在本层完成，如管理活跃的文件目录表、管理打开文件表等。
存取文件控制块：为了保证文件数据的安全，还需要验证用户是否有访问权限。这一层主要完成了文件保护相关功能。
逻辑文件系统与文件信息缓冲区：用户指明想要访问文件记录号,这一层需要将记录号转换为对应的逻辑地址。

物理文件系统：这一层需要把上一层提供的文件逻辑地址转换为实际的物理地址。
辅助分配模块：负责文件存储空间的管理,即负责分配和回收存储空间。
设备管理模块：直接与硬件交互，负责和硬件直接相关的一些管理工作。如分配设备、分配设备缓冲区、磁盘调度、启动设备、释放设备等。

十、虚拟文件系统

1.虚拟文件系统的特点：

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。

2.文件系统挂载

文件系统挂载（mounting），即文件系统安装/装载――如何将一个文件系统挂载到操作系统中？

①在VFS中注册新挂载的文件系统。内存中的挂载表（ mount table）包含每个文件系统的相关信息，包括文件系统类型、容量大小等。
②新挂载的文件系统，要向VFS提供一个函数地址列表。
③将新文件系统加到挂载点( mountpoint) ，也就是将新文件系统挂载在某个父目录下。

写在最后

王道计算机yyds，考研第一遍，复试第二遍，现在第三遍。