文件及目录的基本操作

一个文件的属性

• 文件名：同一个目录下不允许有重命名文件
• 标识符：一个系统内的各文件标识符唯一
• 类型
• 位置
• 大小
• 创建时间、上次修改时间
• 文件所有者信息
• 保护信息

文件基本概念

无结构文件：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“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。

Q：文件之间应该如何组织？

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

文件共享：使多个用户可以共享一个文件

文件保护：保证不同用户对文件有不同的操作权限

Q：文件应如何存放在外存？

• 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依然需要占用1kb的磁盘块。外存中的数据读入内存时同样以块为单位。

• 文件的逻辑地址分为（逻辑块号，块内地址），操作系统需要将逻辑地址转换为外存的物理地址。

• 外存也是一个个由存储单元组成，每个存储单元对应一个物理地址

• 文件数据放在连续的几个磁盘块中，文件数据放在离散的磁盘块中并记录各个磁盘块之间的先后顺序。

文件的逻辑和物理

逻辑结构：在用户看来文件内部的数据应该如何组织的。

物理结构：在OS看来文件内部的数据如何存放在外村中。

• 无结构文件
  • 一系列二进制流或字符流组成，称为流式文件
• 有结构文件：由一组相似的记录组成，每条记录又若干个数据项组成，每条记录有一个数据项作为关键字。
  • 顺序文件：文件中的记录一个接一个顺序排列（逻辑上），记录可以是定长或可变，各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。
    • 链式：无论定长或可变，都无法实现随机读取,每次只能从第一个记录开始依次查找。
    • 顺序
      • 可变：无法实现随机读取,每次只能从第一个记录开始依次查找。
      • 定长
        • 可随机存取，记录长度为L，则第i个记录存放的相对位置 i*L
        • 采用串结构，无法快速找到某关键字对应的记录
        • 若采用顺序结构可以快速找到某关键字对应的记录（比如折半查找）
  • 索引文件
  • 索引顺序文件

索引文件

• 索引表本身是定长记录的顺序文件，可以快速找到第i个记录对应索引项。
• 主要用于对信息处理的及时性要求比较高的场合，可以用不同的数据项建立多个索引表。
• 一组记录对应一个索引表项。

文件目录

文件控制块

• 目录文件
• 目录本身是一种结构文件，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。

PCB是进程存在的唯一标志。

FCB的有序集合称为文件目录，一个FCB就是一个文件目录项。

FCB实现了文件名和文件之间的映射。用户程序可以实现“按名存取”。

文件

• 文件名放在目录表
• 属性attr放在索引节点inode
• 文件数据data放在磁盘block中

单级目录结构：整个文件系统只建立一张目录表。

• 优点：

  • 实现简单
  • 能实现按名存取

• 缺点：

  • 查找速度慢
  • 不允许重名
  • 不便于实现文件共享

多级目录结构：将文件目录分为主文件目录和用户文件目录。

• 优点：
  • 提高了目录检索速度。
  • 层次清楚
  • 允许文件重名。
  • 不同用户可以使用不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。
• 缺点：
  • 缺乏灵活性。
  • 无法很好满足文件多的用户的需要。

无环图目录结构

• 可以用不同的文件名指向同一个文件。
• 需要为每个共享结点设置一个共享计数器，当共享计数器减为0才删除结点。
• 共享文件不同于复制文件，在共享文件中由于各用户指向同一个文件。

索引结点FCB的改进

索引结点：包含除了文件名之外的文件描述信息。

存放在外存中的索引结点称为”磁盘索引结点“。

当索引结点放入内存后称为”内存索引结点“。

文件共享：基于索引结点的共享方式（硬链接）

• count>0说明由别的用户要使用文件
• count =0时系统负责删除文件

文件共享：基于符号链的共享方式（软链接）

文件的基本操作

操作系统向上提供哪些功能？

• 创建文件

  • 在外存中找到文件所需空间
  • 根据文件存放路径找到对应的目录文件，在目录中创建该文件对应的目录项。

• 删除文件

  • 从目录中找到文件名对应的目录项，回收文件占用的磁盘块。
  • 从目录表中删除文件对应的目录项

• 打开文件

  • 从目录中找到文件名对应的目录项
  • 将目录项复制到内存中的”打开文件表“，用户使用”打开文件表“的编号指明要操作的文件。

• 写入文件

  • 记录此时有多少个进程打开此文件
  • 如果声明是只读则不能对文件进行写写入操作
  • 读写指针记录操作系统对文件操作的位置

• 关闭文件

  • 记录此时有多少个进程打开此文件

• 读取文件

  • read调用