操作系统-文件系统

为什么会出现文件系统？文件系统是什么？

人们对信息有存储的需求，早期计算机信息在保存在纸带上，存和读都不方便，且容量很低，而存储信息的需求未能得到满足，到了磁盘存储器的出现，对程序和数据等信息的管理的发展才得到质的飞跃。出现文件系统是需要把信息以一种单元，即文件的形式，存储在磁盘或其它外部存储介质上，导致了文件系统的出现。

文件系统是什么？有什么用？

文件系统是操作系统中统一管理信息资源的一种软件。它管理文件的存储、检索、更新、提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。从用户的角度看，文件系统负责为用户建立文件、读写文件、修改文件、复制文件和撤销文件等，还能对文件按名存取。

什么是文件？

文件是一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列，这里的标识就是文件名，”信息项“构成了文件的内容。

外存是什么？由什么组成？

外存是相对内存而言，主要用来存储信息，其特点是断电后仍可保存信息，容量大，速度较慢，成本较低等
外存储设备通常由驱动部分和存储介质两部分组成，存储介质又常被卷。

计算机的存储介质有哪些类型？

存储介质有：磁带、磁盘、光盘、闪存

其中磁带是顺序存储，只能读了前面磁带的内容才能读后面，存取都一样，不能跳着读取，因此磁带适合存储不经常变化的内容，比如放歌。

磁盘支持随机读取，磁盘由带有读写磁头的机械臂和磁盘组成，磁盘像光盘，上面有磁性材料。系统对磁盘初始化时，会划分出一些同心圆，称为磁道，信息只能存储在磁道上，磁道分会被分成多个弧段，称为扇区，每个磁道有4-32个扇区。使用时，驱动器的马达带去磁盘高速匀速旋转，磁头一直停留在盘面表面上方并可以在不同磁道移动，当找到目标磁道时，碰头不动，磁盘依然转动，这时经过磁头的信息就被读出来可写进去。

光盘是激光作用下材料变化的非磁记录介质。

闪存是电荷擦除，支持随机存取，没有机械运动部件，寿命和可靠性高。

文件有哪些类型？

文件可以从不同的维度来进行分类：
按用途的方式分类：

• 系统文件不能读和修改，通过接口访问;
• 库函数文件：只有读不能修改；
• 用户文件：可以访问有相应权限的文件；

按文件组织形式分类：

• 普通文件：组织格式 为文件系统中所规定的一般格式文件，文件内容一般是程序或数据；
• 目录文件：由文件目录构成的文件；
• 特殊文件：以文件形式存在和访问的设备，可进行目录等操作，对文件的读写 会对应于对设备的读写

文件的逻辑结构是什么？有哪些类型？

文件逻辑结构就是用户所看到的文件组织形式，文件逻辑结构是经过抽象的结构，所描述的是文件中信息组织形式。按逻辑结构可以把文件划分成三类：无结构的字符流式文件（由字节组成）、定长记录文件和不定长记录文件（由记录组成）；

文件的物理结构是什么？有哪些物理结构类型？

文件的物理结构是指文件存储在外储设备上的结构，有三种存储结构：顺序存储、链式存储、索引存储；

顺序存储：文件存在连续的空间上，只要知道到起始地址和长度就可以读取文件。
优点：支持随机存取、
缺点：不支持动态扩充，容易产生碎片。

链式存储：文件存在不连续的物理块中，文件控制块保存第一个物理块的指针，之后每个物理块都有一个指针指向下一个物理块地址，如FAT文件系统
优点：可以动态扩充，提高磁盘利用空间；修改添加快。
缺点：
1.可靠性低。若其中某个物理块出错会导致后面全部块读取不到。
2.存取速度慢，不适于随机存取文件，需要从首个物理块一直读取到物理块；

索引存储：使用一张表来存储索引，每个索引指向逻辑文件的信息块。
优点：可以动态扩充，支持随机存取；
缺点：较多的寻道次数和寻道时间；索引表本身增加了存储空间的开销。

文件目录是什么？

文件目录主要是用途是为了管理和索引文件，其结构简单说是一张表，表中存储着文件名、文件控制块、物理地址，通过文件名可以快速的读取到对应的文件。

一级、二级、多级文件目录的优缺点分别是什么？

一级目录是一张线性表，优点是：结构简单、实现简单；缺点：无法解决不同用户的文件名相同；文件多时查找慢。
二级目录是分为主目录和用户目录，主目录给出所有用户目录所在物理位置； 而用户目录则给出所有文件的FCB;优点：不同用户文件可以重名、查找速度比一级目录快、能实现文件共享
多级目录（树形目录）除了最低一级物理块装有文件信息外，其它每一级的目录存储的都是下一级的目录或文件说明信息，多级目录存在唯一的概目录。优点是层次清楚、解决文件重名问题、查找速度快。

目录、目录项、目录文件分别是什么？

目录是指文件路径。
目录项是是文件控制块以一条记录的形式存储在目录文件中。
目录文件是多个文件控制块集中在一起形成的文件。

参考：《操作系统》机械工业出版社 2017年版