一、文件系统概念
1.文件的定义：文件是系统中信息存放的一种组织信息
文件是一组具有逻辑意义的若干信息项的集合，并赋予一个文件名让用户存取。
信息项可以是字节，可以使某个结构化数据；用户通过读写指针来存取文件的信息项；
2.文件的分类：
文件的用途：系统文件，指用操作系统的执行程序和数据组成的文件，这种文件不对用户开放，仅供系统使用；
库文件，系统为用户提供的各种标准函数，标准过程和使用程序等。用户只能使用这些文件，而无权对其进行修改。
用户文件，由用户信息组成的文件，如源程序文件，数据文件等，这些文件的使用和修改均属于用户。
文件的操作保护：只读文件、只写文件、不保护文件
文件的性质：普通文件、目录文件、特别文件
3.文件的属性
指定文件的类型、操作特性、和存取保护等的一组信息；
文件属性一般存放在文件的目录项；
MS-DOS系统中，文件属性占目录项的一个字节（01表示仅读，02表示隐含文件）
二、文件的逻辑结构和存取方法
1.文件的结构（文件组织）
用户观点（逻辑结构）：为用户提供逻辑结构清晰、使用方便的逻辑文件
强调文件的构成和用户存取方式
实现观点（物理结构）：主要研究驻留在存储设别上的文件结构；
合理利用存储空间，缩短IO存取时间；
2.文件的逻辑结构：
流式文件：特点，信息单位是字或字节，其长度是所含字节的数量；
优点，文件中无需额外的说明和控制信息；节省存储空间；
补充，源程序、可执行程序、库函数等采用；
操作系统中，文件都被看做时流式文件；
文件中任何信息的含义都是由用户级程序解释；
记录式文件：一种结构化文件，由若干记录组成；若文件中记录的长度相等，为定长记录文件；反之，变长记录文件
特点：使用不方便，尤其是变长记录文件；
文件中有说明记录长度的信息，浪费存储空间；
现代操作系统中都取消了记录式文件
3.文件的存取方法：
顺序存取：按文件信息单位排列的顺序依次存取
当打开文件时，文件的读写指针指向第一个信息单位（字节或记录），每存取一个信息，读写指针自动加1，而指向下一个信息。
随机存取：直接存取；每次存取操作时必须先确定存取的位置。
特点，对流式文件或定长记录文件比较容易确定存取位置；
对变长记录文件比较麻烦（从首记录开始顺序查询，直到找到要存取的记录为止；建立索引，可作为文件的一部分，也可以单独建立索引文件）
三、文件的物理结构：文件在存储设备上的存储方式
1.连续文件：文件全部信息连续存放在外存若干个存储快中（磁带上的文件）
特点：建立文件时要求用户给出文件最大长度，以便系统为文件分配足够的存储空间，并在相应表格中登记文件的起始位置和长度；
优点：简单；支持顺序存取和随机存取；顺序存取速度快；所需磁盘寻道次数和寻道时间最少
缺点：文件不易动态增长；预留的空间浪费，重新分配和移动；
不利于文件插入和删除；外部碎片问题（存储压缩技术）
2.串联文件：非连续结构，文件信息存放在不连续的存储快中，每个存储块由一个指针（next）,指向下一个存放信息的存储块
特点：适用于顺序存取，随机存取较为困难；
优点：提高了磁盘空间利用率，不存在外部碎片问题；
有利于文件插入和删除；
有利于文件动态扩展；
缺点：存取速度慢，不适于随机存取；
链接指针占用一定空间；
可靠性问题，如指针出错；
四、文件分配表（FAT）
1.将原来分散在存储块中的链接字集中放到一个表中
表和存储设备对应：表的每个元素按序存放在相应的存储块中的链接字next
表和文件目录结合使用。文件目录指出文件第一块的位置，其余的由FAT指出。
2. 特点：FAT要占用存储空间。若盘的容量较大，存储块数目较多，则FAT的表项很多，FAT将占用较多存储空间
若存储块有2^N块，则FAT有2^N个元素，每个元素需要Nbit宽
在进行文件访问时，需要通过FAT来访问文件。若果FAT过大，则内存中可能装不下整个FAT，这样就会造成若要读某块文件信息时，先要到外存中读FAT，影响使用率。
3.随机文件：文件的信息存放在若干个不连续的物理块中，系统为每个文件建立一个专用的数据结构（索引表），存放这些块的块号；（索引表记录仪文件与磁盘块的对应关系，类似于页表）
索引机构在存储中占用了2个区，访问文件时分为两步（索引区，数据区）
优点：保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：
既能顺序存取，又能随机存取；满足了文件动态增长、插入删除的要求；充分利用外存空间
缺点：索引表本身带来系统开销（如，内外存空间，存取时间）；
4.为文件分配存储空间的策略
静态分配：用户在创建文件时宣布文件大小，OS为其分配相应空间；
优点：适合对连续文件分配空间；适合早期操作系统、实时系统和简单系统；
缺点：用户很难确定文件大小；存在辅存碎片
动态分配：建立文件时不分配空间，在写文件时才分配空间
优点：随时可分配，适合串联结构和索引结构；建立文件时不需要知道它的大小
缺点：占用了额外的空间
五、文件存储空间管理：记录当前磁盘的使用情况，创建文件时分配存储空间，删除文件时回收存储空间
记录磁盘空闲块的方法：
1.空闲文件目录管理：
存储设备上一片连续的空闲区可看做一个特殊的文件：空闲文件 该文件由连续的空闲块组成
存储设备上所有空闲文件就代表了存储设备上空闲空间，为这些空闲文件建立一个专门的目录：空闲文件目录
空闲文件目录的每一个表项对应一个空闲文件，包括他的第一个空闲块号，以及空闲块个数等重要信息
2.空闲块链：
把存储设备上的所有空闲块链接在一起，当申请者需要空闲块时，分配程序从连接头开始摘取所需要的空闲块，然后调整指针。反之，当回收空闲块时，把释放的空闲块逐个加在链接尾；
3.位示图：
系统首先从内存中划出若干字节，每个bit对应一个存储块使用情况（空闲或是占用）
0：空闲 1：占用
六、文件目录管理：
1.文件目录：文件名址录，记录文件名和存放地址的目录表
为了对大量文件进行分门别类的管理，提高文件检索的效率，现代操作系统往往将文件的一些属性也记录在目录中；
目录文件：文件目录以文件形式存放在外存，该文件即为目录文件
文件目录的功能：将文件名转换成外存物理地址的功能
2.目录结构：
单级目录：最简单的目录结构，全部文件都登记在同一目录中
特点：简单、易于实现和理解； 缺点：查找速度慢，不允许重名、不便于文件共享
两级目录：每个用户使用一个相对独立的目录，在所有用户目录的目录上层再建立一层目录来管理各个用户目录
系统允许每个用户有一个子目录（用户目录）；
有效解决了文件重名的问题，不同用户的文件使用相同名字也不会混淆
树型目录（多级目录结构）：
如同一颗倒立的树，主目录为树根，又称根目录
每个树枝节点为一个子目录，每片树叶描述一个文件
七、其他
1.文件全名和路径：
文件全名：包括从根目录开始到文件为止通路上所有子目录路径
子目录之间用“\”或“/”隔开；子目录名组成部分又称路径名
每个文件有唯一路径名
绝对路径名：根目录到指定目录； 相对路径名：从当前目录到指定文件
2.文件的保护：
仅执行（E）；仅读（R）；仅写（W）；仅允许在文件尾写（A）；仅允许对文件进行修改（U）；允许改变文件存取权限（C）；允许取消文件（D）
权限可进行适当组合
3.文件和目录操作：
文件操作：创建、写、读、文件定位、删除文件、截短文件、属性设置和读取
目录操作：创建、删除