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文件系统实现

文件系统结构

为了对磁盘进行高效便捷的访问，所以要使用文件系统

文件系统由许多层构成，每一层都为上面一层提供服务

分层结构

• 应用程序
• 逻辑文件系统
  • 管理元数据
    • 包括文件系统的所有结构数据
    • 不包括实际数据
  • 通过文件控制块维护文件结构
    • 文件控制块包含文件的信息
  • 也负责保护安全
• 文件组织系统
  • 知道文件及其逻辑块和物理块
  • 可以将文件逻辑地址转换为基本文件系统的物理块地址
• 基本文件系统
  • 基本文件系统向设备驱动程序发送命令即可对物理块进行读写
• I/O系统
  • I/O控制为最底层，由设备驱动程序和中断处理程序组成
• 设备

分层可以减少重复的代码

文件系统实现

概述

• 一些重要的结构
  • 引导控制块
    • 引导操作系统所需要的信息
      • 没有操作系统就为空
      • 一般为第一块
  • 卷控制块
    • 包含卷的详细信息
      • 分区的块数
      • 块的大小
      • 空闲块的数量和指针
      • 空闲FCN的数量
  • 目录结构
    • 用于组织文件
  • FCB
    • 文件控制块
    • 应包含有那些
      • 文件权限
      • 文件日期数据
      • 子主题 3
      • 文件所有者
      • 文件大小
      • 文件数据块指针
  • UFS
    • 引导块
  • 安装表
    • 安装卷的信息
  • 目录结构缓存
    • 最近访问过的目录信息
• 造作系统调用文件组织模块将目录I/O映射成为磁盘块的号，仅为传递给基本文件系统和I/O控制系统
• 打开文件表
  • 文件打开后，完成FCB的定位之后就会使用另一个索引操作文件，文件句柄，打开后所有文件操作都是对打开文件表进行的
  • 关闭文件吉安，删除打开文件表的条目

分区与安装

• 磁盘可以分区，多个磁盘也可以合称为一个卷
• 生磁盘和熟磁盘
  • 有无安装文件系统
• 引导信息
  • 作为镜像读入内存
  • 引导操作系统启动
• 根分区
  • 存储操作系统内核和其他系统文件
  • 在引导时装入内存

虚拟文件系统

• 文件系统接口
  • 提供一些具体的方法
• VFS接口
  • 定义一个VFS接口
  • 提供在网络上唯一标识一个文件的机制
  • VPS可以区分本地文件或者远程文件
  • 因此，VPS可以根据文件系统类型调用特定文件类型操作 处理本地请求
• 文件系统

目录实现

线性列表

• 存储文件名和数据块指针的线性列表

哈希表

• 使用哈希表的结构
• 冲突
  • 两个文件哈希到同一个位置

分配方法

连续分配

• 每个文件在磁盘中都有一块连续的块
• 好处
  • 访问连续的文件很方便
• 坏处
  • 很难为新文件找到存储空间
• 类比动态存储分配问题
  • 可能出现内部外部碎片
• 分配拓展空间

链接分配

• 每个文件都是磁盘块的链表
• 维护一个目录，存储文件的起始与结束
• 只能有效的应用于文件的顺序访问
  • 多块成簇
    • 按簇分配
• 文件分配表
  • 每个卷的开始部分存储FAT
    • FAT中存储每个块的下一个块
  • 支持了直接访问

索引分配

• 把所有的指针放在一起，通过索引块完成直接访问
• 索引块
  • 链接方案
  • 多层索引
  • 组合方案

性能

空闲空间管理

位向量

• 保存一个空闲位图
• 优点
  • 查找第一个和连续N个空闲块较方便

链表

• 构造空闲块的链表

组

• 将许多空闲块的地址存在第一个空闲块中

计数

• 记录第一块的地址和紧挨第一块的连续空闲块的数目

效率与性能

效率

性能

恢复

备份

• 完全备份
• 增量备份

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