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文件系统接口 对大多数用户来说，文件系统是操作系统最明显的一个方面。它提供了操作系统和所有用户的数据和程序的在线存储和访问机制。文件系统包含两个部分：文件的集合和目录结构。文件系统需要海量存储设备。 本章，我们考虑文件和主要目录的结构，讨论在多进程、用户和计算机中共享文件的语义，讨论处理文件保护的方法。 文件系统接口 本章目标： 解释文件系统的功能 描述文件系统的接口 讨论文件系统设计的方法，包括访问方法、文件共享、文件锁和目录结构 讨论文件系统的保护 本章内容 本章内容 文件的概念 访问方法 目录和磁盘结构 文件系统安装 文件共享 保护 文件的概念 计算机可以在各种存储介质上，如磁盘、磁带、光盘等上存储信息，来方便使用，这样操作系统提供了一种一致的存储信息的逻辑视图。OS可以从存储设备的物理特性抽象定义逻辑存储单元：文件。文件被操作系统映射到物理设备上。这些存储设备通常是可以是长久保存的。 文件是一个存储在第二存储设备上相关信息的命名集合。从一个用户的观点来看，文件是逻辑存储设备的最小分配单元，不使用文件，数据将无法写入第二存储设备。通常，数据是一个bit、byte、lines或者记录的序列。 文件的概念 文件属性 一个文件可以通过文件名命名，文件名通常是一个字符串。有些系统区分文件名的大小写，有些系统不区分。 当文件命名时，它将和进程、创建的用户等独立。 文件的属性，虽然在各个操作系统中都不同，但是通常都有： 文件名、标识符、类型、位置、大小、保护方式、时间、日期和用户标识。 一些系统还支持扩展的文件属性，包括字符编码方式等。 所有文件的信息保存在目录结构中，目录结构也存储在第二存储设备上。 文件的概念 文件操作 一个文件时一个抽象的数据类型，要合理定义文件，我们需要考虑可以在文件上实施的操作。通常，OS需要提供对文件、创建、写入、读取、重定位、删除、截断等系统调用。通常的六个基本操作为 创建 写入 读取 重定位 删除 截断 文件的概念 上面提到的多数文件操作涉及查询目录，找到命名文件的入口。为避免重复的查找，很多系统需要在文件第一次使用前，使用一个open系统调用。OS保存一个表，成为开发文件表，包含了所有打开文件的信息。当请求一个文件操作时，文件通过这个表的下标查找。当文件不再使用时，需要被进程关闭，操作系统从打开文件表中删除相应项。 Open和close函数的实现，由于多个进程可能同时打开一个文件，变得很复杂。通常OS使用俩级表：进程级和系统级。 文件的概念 对一个打开的文件来说，通常有这样的一些信息： 文件指针 文件打开计数 文件的磁盘位置 访问权限 文件的概念 文件类型 访问方法 文件存储了信息，在使用时，这些信息必须被读入计算机的内存。文件中的信息可以通过多找那个方式访问，一些系统只提供了一种稳健访问方式，有些系统支持多种访问方式。对特定的应用选择合适的访问方式是设计考虑的一个主要问题。 顺序访问：最简单的访问方式是顺序访问，文件中的信息按照顺序访问，一个记录接着一个记录。 直接访问：文件由固定大小的逻辑记录组成，允许程序员不按照顺序读写记录。直接访问方法基于磁盘模型，数据库通常为这种类型。 目录和文件结构 下面，我们考虑如何存储文件。文件存储在随机访问的存储设备上 一个存储设备可以整个用于一个文件系统，或者进行精细划分。例如，一个磁盘可以分区为多个分区，每个分区保存一个文件系统。分区可以限定单个文件系统的大小，将多个文件系统类型放到一个设备中，或者将一个设备的一部分用作其它用途。 包含文件系统的一个实体通常成为一个卷。每个卷可以看成是一个虚拟磁盘。每个包含一个文件系统的卷通常也包含系统中的文件信息。这个信息保存在设备目录中。 目录和文件结构 目录包含了卷中所有文件的信息，如文件名、位置、大小、类型等。 在一个计算机系统中，可以有多个存储设备，每个存储设备都可以划分成为卷。这样，计算机可以有0个或多个文件系统，每个文件系统都可以是不同的类型。 计算机中的文件系统可以是可扩展的。 目录可以看成是将文件名映射成为目录入口的符号表。这样，我们可以看到可以用多种方式组织目录。这些组织方式允许我们插入、删除、查找、列出文件等操作 目录和文件结构 考虑目录结构，我们考虑可以在目录上执行的操作包括： 查找文件 创建文件 删除文件 列目录 重命名文件 遍历文件系统 目录和文件结构 目录的组织方式 单层目录 双层目录：主目录和用户文件目录 树状结构目录， 文件共享方式，link 图状目录 文件系统安装 正如一个文件在使用前必须打开一样，一个文件系统在被系统中的进程使用前必须安装，必须创建目录结构，然后安装到文件系统名空间中，之后才能使用。 安装过程通常比较直接：OS给设备一个名字和一个安装点，通常安装点时一个空目录，例如