目錄

用戶和磁盤視角的文件

文件控制塊（FCB）和索引結點（inode）

文件的操作

創建文件（create系統調用）

寫文件（write系統調用）

讀文件（read系統調用）

重新定位文件

刪除文件（delete系統調用）

截斷文件

文件保護

目的

方法

文件的邏輯結構

無結構文件

有結構文件

文件的物理結構

連續分配

鏈接分配

索引分配

優化機制

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用戶和磁盤視角的文件

• 用戶視角：文件被視為字符流或字節流，用戶通過文件名來訪問文件內容。
• 磁盤視角：文件是由一系列盤塊組成的集合，每個盤塊包含文件數據的一部分。

文件控制塊（FCB）和索引結點（inode）

• 文件控制塊（FCB）：
  • 作用：存放控制文件所需的信息，實現“按名存取”。
  • 內容：包括文件名、物理位置、邏輯結構、物理結構、存取控制信息和使用信息。
• 索引結點（inode）：
  • 引入原因：減少內存中文件目錄的大小，提高檢索效率。
  • 磁盤索引結點：每個文件有一個唯一的磁盤索引結點，包含文件主標識符、類型、存取權限、物理地址、長度、鏈接計數、存取時間等。
  • 內存索引結點：文件打開時，磁盤索引結點復制到內存，包含索引結點編號、狀態、訪問計數、邏輯設備號、鏈接指針等。

文件的操作

寫文件（write系統調用）

寫文件操作允許用戶將數據寫入到文件中。這個過程包括：

讀文件（read系統調用）

讀文件操作允許用戶從文件中讀取數據。操作步驟如下：

重新定位文件

重新定位文件操作（通常通過lseek系統調用）改變文件的讀寫位置。這包括：

刪除文件（delete系統調用）

刪除文件操作從文件系統中移除指定的文件。這個過程通常涉及：

截斷文件

截斷文件操作將文件的大小減小到用戶指定的大小。這通常包括以下步驟：

• 創建文件（create系統調用）

  創建文件操作允許用戶在文件系統中生成一個新的文件實體。這個過程通常涉及以下步驟：

• 檢查權限：系統檢查用戶是否有權限在指定目錄下創建文件。
• 分配FCB：系統為新文件分配一個文件控制塊（FCB），并在其中填寫文件名、創建時間、文件所有者等信息。
• 分配inode：系統為新文件分配一個索引結點（inode），記錄文件的物理位置、大小、訪問權限等。
• 初始化存儲空間：根據文件的物理結構，系統可能會分配一個或多個磁盤塊來存儲文件數據。
• 定位：系統根據文件指針確定寫入位置。
• 寫入數據：系統將用戶指定的數據寫入到文件的相應位置。
• 更新FCB和inode：系統更新文件控制塊和索引結點，以反映文件的新大小和最后修改時間。
• 分配新塊：如果文件需要更多存儲空間，系統會分配新的磁盤塊。
• 定位：系統根據文件指針確定讀取位置。
• 讀取數據：系統從文件的指定位置讀取數據，并將其傳送到用戶指定的緩沖區。
• 更新文件指針：讀取操作完成后，系統更新文件指針，以便下次操作可以從新的位置開始。
• 設置文件指針：用戶可以指定新的位置，系統將文件指針移動到該位置。
• 檢查邊界：系統確保新的位置在文件的合法范圍內。
• 檢查權限：系統檢查用戶是否有權限刪除該文件。
• 釋放FCB：系統釋放文件的文件控制塊。
• 釋放inode：系統釋放文件的索引結點。
• 釋放存儲空間：系統釋放文件所占用的所有磁盤塊，以便這些塊可以被重新使用。
• 檢查權限：系統檢查用戶是否有權限修改文件大小。
• 調整大小：系統將文件大小減小到指定的大小，釋放多余的數據塊。
• 更新FCB和inode：系統更新文件控制塊和索引結點，以反映文件的新大小。
• 處理剩余數據：如果文件被縮小，系統會處理剩余的數據塊，可能會將其標記為可用

文件保護

目的

• 防止文件共享時被破壞或未經允許的修改。

方法

• 口令保護：訪問文件時需提供口令。
• 加密保護：文件加密，訪問時需密鑰解密。
• 訪問控制：
  • 訪問控制列表：規定用戶及其所允許的訪問類型。
  • 訪問類型：讀、寫、執行、添加、刪除、列表清單。
  • 用戶訪問權限：與文件屬性共同限制文件訪問。

文件的邏輯結構

無結構文件

• 數據按順序組織，適合基本信息單位操作不多的文件。

有結構文件

• 順序文件：通常是定長的，可以順序存儲或鏈式存儲。
• 索引文件：適用于定長和變長記錄文件，提高檢索效率。
• 索引順序文件：為順序文件建立索引表，每組第一條記錄有一個索引項。
• 直接文件或散列文件：通過鍵值或散列函數直接決定記錄的物理地址。

操作系統之文件的邏輯結構-CSDN博客

文件的物理結構

連續分配

• 每個文件在磁盤上占有一組連續的塊，支持隨機存取，但可能導致外部碎片。

鏈接分配

• 隱式鏈接：磁盤塊離散分配，每個塊（除最后一個）有指向下一個塊的指針。
• 顯式鏈接：鏈接指針存放在內存的文件分配表（FAT）中，提高檢索速度，支持隨機訪問。

索引分配

• 每個文件有一個索引塊，包含指向文件各塊的指針，支持隨機存取。

后面補

優化機制

• 鏈接方案：多個索引塊鏈接在一起處理大文件。
• 多層索引：類似多級頁表，處理大型索引塊。
• 混合索引：結合鏈接分配和索引分配的優點。