曾经小，不懂事儿，敲下了rm -rf，那种感觉，可能今生今世不会再忘了......

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1. 文件

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1.1 文件的分类

文件能有什么分类，无非是流式文件或者就是结构化的文件（记录式）这两种， 我们说，分类的差别就只是不同分类下的组成形式不一样，流式文件的组成是一个一个的信息项，可能是单字节的信息，也有可能是多字节的信息，这个具体就是看写入的信息项是什么了，结构化的文件组成是一个一个的结构体，根据结构体的内容才有了不同的结构体文件。

学过C语言就知道结构体是什么东西，这个结构化的文件就可以理解为一个个的结构体组成，当这个结构体记录的信息为单一的，那么这个文件就退化到了流式文件。

举个例子：

struct Student
{
    int ID;
    char* name;
}//简单的结构体（记录式）

char* name;//简单的流式文件信息项

struct Student
{
    char* name;
}//当结构体中的信息单一时，该结构体可视为单一的信息项

本节所述的文件的分类依据为文件的逻辑组织结构。文件的分类依据不同的原则可以分成不一样的类型，正如Unix中目录，设备等均被视为特殊的文件，因此可以从设备类型上分类成磁盘文件和磁带文件等，从用途上分类成目录文件和普通文件，不同的角度分类可以得到不同的分类结果。

1.2 文件的组织

组织其实就是结构，文件的结构，上述的文件的分类是从文件的逻辑结构出发的。
关于逻辑结构，这里还有一点需要提到，文件存在一个读写指针，指向文件的某一个位置，简单的说来就是一个数组的索引序号了。

struct Student Stu[100];//假设创建了一个存放一百个学生信息的数组
int read = write = 0;//初始时读写指针指向文件开始处

有逻辑组织，就一定存在物理组织，文件的物理组织即是如何将文件保存在物理设备上，这涉及到记录格式，空间开销，存取速度，长度等，这些因素会影响到文件系统的性能。

物理设备，如磁盘，是被划分为块来保存文件信息的，我们称这个块为物理块。

基于上述因素，便产生了几种常用的物理组织形式：

1. 顺序结构
   这种结构下，文件保存在物理设备上是占用连续存储块的。这种方式简单，访问速度很快，但文件长度的增加会比较困难。

   
   顺序结构

2. 链接结构
   这种结构和链表的思想一致，各个物理块之间通过指针相连，优点和链表类似，长度变化方便，缺点就是随机访问速度慢。

   
   链接结构

3. 索引结构
   这种结构继承了顺序和链接的优点，访问速度快，长度变化方便，只是索引也是有长度限制。

   
   索引结构

4. 散列结构
   这种结构是通过散列函数进行块选择的，如果散列函数结构出现冲突，则可以通过拉链法（顺序探查法）来实现冲突处理。

5. 倒排结构
   Java中的Map存储数据是通过K，V键值对来进行的，倒排结构与之相类似，只是在其中存在一个主键和多个次键，当主键冲突无法索引时，相同主键的元素通过对比次键来进行查找。
   可以看出，这种结构的查找的速度很快，但是开销要大些。

2. 文件目录

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文件目录是由目录项构成的，这个目录项我们又称文件控制块（FCB），这玩意儿存储系统对文件管理所需要的全部信息。

2.1 文件目录与目录文件

用于检索文件的目录称为文件目录，是由目录项构成的有序序列。

说的挺玄乎，但其实就是一个顺序的表格，表格中顺序的存储着文件对应的目录项而已。

文件目录经过改进后，其目录项被划分为主部和次部，分别用来保存文件名称，文件号（主部），除文件名称外的所有信息外加一个连接计数器（次部），这样划分的好处是为了提高查找速度，先通过文件名称查找主部，在通过主部的文件号去查找相应的次部。

貌似并没有提高速度？先查主部，再查次部怎么都应该会减少速度，怎么能提高速度呢？
之前说过，物理设备的存储时以物理块划分的，查找文件时需要将外存的物理块读入内存，如果不进行主次部的划分，一次读入的文件目录项会很少，如此一来便需读入更多的物理块进入内存。速度也就会变慢。

目录文件就是被保存在外存空间的文件目录，且目录文件是长度固定的记录式文件。

文件目录和目录文件都是一个东西，就是存储的位置不一样而已，换个称呼。

2.2 目录的分级

目录有单级目录，也有多级目录，平常所用的Windows目录就是属于多级目录。
同一级目录下的文件不可以重名，但是不同目录下的文件是可以重名的，所谓单级目录，就是整个系统中只有一个目录，其中存储的是普通文件，不能重名。而多级目录则是允许系统中有多个目录，二级目录是可以在一级目录下创建目录，三级目录则是允许在第二级目录下创建目录，依次类推。

多级目录

由于目录分级，产生了根目录与目录层次的概念，文件查找时也有了不同的方式，即从根目录查找或是从当前目录开始向深层次的目录查找。

无论是Linux还是Windows，都存在根目录的概念，在Linux下，根目录表示为"/"，而在Windows则一般表示为"C:/Windows"。

3. 文件共享与保护

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对于一个文件，我们可能会有多个进程同时使用的情况，我们分为同步和异步。
同步就是同时对某一个文件进行操作，异步就是同时只有一个进程可以进行操作。至于如何实现文件共享，各个系统都有其不同的方式，不过大多都是通过公共目录进行文件的共享，或是通过链接指向同一个文件，或是为文件增加共享属性说明。
不过无论哪一种方式，都会涉及到文件的安全性。

这里安全性的定义就比较广泛了，并不是单指被黑客盗取。多个进程同时对同一个文件进行读写，那么这个文件就可以说是不安全的状态，而且我们有时候也不想让某个文件被别人读取或是写入时，就会加个密，或是变更其他用户的权限。
我们常说，数据是无价的，所以为了文件的安全，我们会经常对重要文件进行备份处理，而备份文件又有完全转储、增量转储以及差分转储三种，这了就不展开说明了。

在Linux中，通过分组保证文件的安全性，即文件所有者，组用户，其他用户三组，赋予不同的权限来进行读写的限制。

4. 文件系统的实现

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为了实现一个文件系统，我们需要设计文件系统的表目信息，如系统打开文件表，用户打开文件表以及其之间的联系。

底层的实现就不说了。

文件系统的表目

5. 外存空间的管理

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外存空间的管理方式有空闲块表，空闲块链，位示图等方式，这个与存储系统中的外存空间的管理方式相同，这里就不一一叙述了。