第四章 文件系文件是以计算机硬盘为载体存储在计算机上的信息集合。
- 文件管理系统：操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构。
- 文件系统由三部分组成：与文件管理有关的软件，被管理文件，实施文件管理文件所需要数据结构。
- 对于用户而言，文件系统最主要的功能：实现文件的基本操作，按名存储和查找，组织成合适的结构，具有基本的文件共享和文件保护能力。
- 文件系统还需要管理与磁盘的信息交换，完成文件逻辑结构和物理结构的变换，组织文件在磁盘的存放，采取好的文件排放顺序和磁盘调度方法提高系统的性能。
- 文件的逻辑结构是为了方便用户设计。
- 文件的逻辑结构分为无结构文件（流式文件将数据按顺序组织成纪录并积累保存，只能通过穷举搜索）、有结构文件（记录式文件按结构的组织形式）
- 有结构文件按记录的组织形式分为顺序文件，索引文件，索引顺序文件，直接文件或散列文件
- 顺序文件分为串结构（记录之间顺序与关键字无关）和顺序结构（与关键字有关）
- 索引文件：为变长文件建立索引表，提高查找速度
- 索引顺序文件：顺序文件和索引文件的结合
- 目录文件存放的信息是该目录的所有子目录和数据文件的目录。
- 相对路径是从当前目录开始，绝对路径是从根目录开始。
- 直接文件：通过哈希函数直接决定记录地址
- 单极目录：实现按名存取，但查找速度慢，不允许重名，不便于文件共享
- 二级目录：解决文件重名问题，实现访问控制，但缺乏灵活，不能分类
- 树形结构：可以对文件分类，不便于文件共享
- 无环图结构：实现文件共享
- 文件控制块FCB:基本信息，存取控制信息，使用信息
- 文件共享有基于索引结点的硬链接，和基于符号链的软链接。
- 硬链接：共享文件指向同一索引结点，建立共享时索引结点计数器加一，删除时减一
- 软链接：保存共享文件的路径名，建立共享时引用索引结点计数值，删除时不改变，只有再次访问会发现路径不存在，删除符号链。
- 口令和加密保护是为了防止文件被他人存取或窃取，访问控制时用于控制用户对文件的访问方式。
- 现代操作系统时将访问控制列表和用户、组和其他成员访问相结合。
- 对于多级目录结构，不仅需要保护文件，还需要保护目录，需要提供目录保护机制。
- 设置当前工作目录的主要目的是加快文件的检索速度。
- 打开文件的操作是把指定文件的目录复制到内存制定区域。把FCB读入内存。
- unix系统中，输入输出设备是一种特殊文件。
- read系统调用需要open打开时候返回的指向打开文件表中的一个条目的指针，不需要文件名。
- 对一个文件的访问，由文件属性和用户访问权限共同限制。
- 访问控制由系统实现，加密控制由用户实现。
- 一个文件存放在磁带中通常采用连续存放，在磁盘中不采用连续存放。不同的文件系统存放的方法不同。
- 文件的读写速度取决于磁盘的性能。
- 文件的逻辑结构取决于用户，物理结构取决于文件系统设计者正对硬件结构所采取策略。
- 磁带介质很难实现链接结构和索引结构。
- 文件的逻辑结构和物理结构都引入索引的概念，逻辑索引是加快数据的定位，物理索引是管理不连续的物理块。
- 在单级目录中，每当新建一个文件，必须先检索所有的目录项，以保证新文件名在目录中是唯一。
- 文件系统层次结构：用户调用接口（提高文件及目录的调用）——文件目录系统（管理文件目录）——存取控制验证（软件确认访问的合法性）——逻辑文件系统与文件信息缓冲区（逻辑地址的相对块号）——物理文件系统（逻辑记录所在相对块号转换成实际物理地址）——分块模块(管理辅存空间)/设备管理程序模块
- 目录实现的基本方法有线性列表（使用存储文件名和数据块指针）和哈希表（根据文件名得到一个值，返回一个指向线性列表中元素的指针）。
- 文件物理结构有两方面：文件的分配方式和文件存储空间管理。
- 文件的分配方式是对磁盘非空闲区的管理。
- 文件存储空间管理是对磁盘空闲块的管理。
- 常用的磁盘空间分配方法有：连续分配，链接分配，索引分配。
- 更多的是一种系统一种分配方法，RDOS系统对三种方法都支持。
- 连续分配支持顺序访问和直接访问，文件不易扩展，要求连续的存储空间，容易产生碎片
- 快速随机播放是连续分配。
- 链接分配消除外部碎片，分为显式链接（把链接文件各物理块的指针从块末尾提取，存放到一张链接表，整个磁盘就设置一张），隐式链接（无法直接访问盘块，通过指针顺序访问）。
- 链接的显式链接，分配给文件的所有盘块号都在表中，这个表称为文件分配表（FAT）
- 链接分配不能直接访问（FAT除外）
- 索引分配解决外部碎片可随机访问，也可直接访问，查找效率高，便于文件删除，缺点是索引表会占有一定的存储空间。
- 索引分配：链接方案（多个索引块链接），多层索引（第一层索引指向第二.层...），混合索引（系统既采用直接地址，又采用单级索引或者二级索引分配方式)。
- 使用索引分配，首先要读索引块内容，再访问具体的磁盘块。
- 文件存储器空间：文件区和目录区分离
- 文件存储设备的管理实质是空闲块的组织和管理
- （1）空闲表法：属于连续分配方式，所有空闲区按起始盘块号递增排序。
- （2）空闲链表法：空闲盘块链，空闲盘区链。不适用大型文件系统
- （3）位示图法：利用二进制的一位表示磁盘中一个盘块的使用情况。
- 分配 盘块号=n（i-1）+j 改map[i，j]=1
- 回收 i=（b-1）div n+1 j=（b-1）%n+1 改map[i，j]=0
- （4）成组链接法（unix系统）
- 磁盘是表面涂有磁性物质的金属或塑料构成的圆形盘片，通过磁头的导体线圈从磁盘中存取数据。磁道，扇区。
- 磁盘的存储能力受限于最内道的最大记录密度。
- 扇区是磁盘可寻址的最小存储单位，
- 一次磁盘读写操作的时间由寻找时间，延迟时间，传输时间决定。
- 寻找时间（将磁头移动到指定磁道所需要的时间）Ts=m*n+s（驱动常数*跨磁道+启动时间）
- 延迟时间（磁头定位到某一个磁道的扇区所需要时间）Tr=1/2r（转速分之一）跟文件结构有关，跟磁盘空闲区的分配程序有关。
- 除了减少寻找时间，减少延迟时间也是提高磁盘传输效率重要因素。
- 减少延迟时间可通过盘面扇区进行交替编号，对不同盘面进行错位命名。
- 传输时间（从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历时间）Tt=b/rN(每次读写字节数/（每秒转数乘一转字节数）)
- 总的平均存取时间Ta=Ts+Tr+Tt
- 扇区数据的处理影响传输时间。
- 调度算法决定寻找时间，从而决定总的存取时间。
- 磁盘调度算法有先来先服务，最短寻找时间，扫描算法，循环扫描。
- 默认scan算法，c-scan算法为look，c-look调度。朝给定方向移动前会查看是否有请求。
- 磁盘管理初始化对磁盘进行低级格式化和逻辑格式化。
- 引导块存放自举程序。
- 坏块是硬件故障，操作系统不能修复。