第四章 文件系統(tǒng)

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文件是進程創(chuàng)建的信息邏輯單元

目錄是管理文件系統(tǒng)結構的系統(tǒng)文件

在Unix中，路徑各部分之間用“/”分割，在Windows中，分隔符是“\”，在Multics中是“>”

不管哪一種分隔符，如果路徑名的第一個字符是分隔符，則這個路徑是絕對路徑

支持層次目錄結構的大多數(shù)操作系統(tǒng)在每個目錄中都有兩個特殊的目錄項，“.”和“..”,常讀作“dot”和“dotdot”，“dot”指當前目錄，“dotdot”指父目錄（在根目錄中例外，根目錄中它指向自己。

在刪除目錄的時候，在只有空目錄可以調(diào)用刪除目錄，來刪除

文件系統(tǒng)的實現(xiàn)

文件系統(tǒng)的布局:磁盤的0號扇區(qū)稱為主引導記錄(MBR),用來引導計算機,在MBR結尾時分區(qū)表,該表給出了每個分區(qū)的起始地址標,表中的一個分區(qū)被標記為活動分區(qū),在計算機被引導時,BIOS讀入并執(zhí)行MBR。MBR做的第一件事就是確定活動分區(qū)，讀入它的的一塊，稱為引導塊，并執(zhí)行之。除此之外，還有一個超級塊，超級塊包含文件系統(tǒng)的所有關鍵參數(shù)，在計算機啟動時，或者該文件系統(tǒng)首次使用時，把超級塊讀入內(nèi)存。超級塊中的典型信息包括：確定文件系統(tǒng)類型用的魔術，文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)塊的數(shù)量以及其他重要的管理信息

文件實現(xiàn)：

1.      連續(xù)分配，優(yōu)點：實現(xiàn)簡單、讀操作性能較好；缺點：容易產(chǎn)生磁盤碎片

2.      鏈表分配：每塊的第一個字作為指向下一個塊的指針。該方法盡管順序讀取非常方便，但隨機存取卻相當緩慢，另外由于指針占用了額外的空間導致每個磁盤塊不再是2的整數(shù)次冪，這種怪異的大小大大的降低了系統(tǒng)的性能（許多程序都是以2的整數(shù)次冪來讀取磁盤的。

3.      在內(nèi)存中采用鏈表分配：取出2中的磁盤塊的指針，放入內(nèi)存中的一個表中。這個表叫做文件分配表（FAT），缺點，整個表放入內(nèi)存中

4.      i節(jié)點：記錄文件分別屬于那些磁盤塊，列出了文件屬性和文件塊的磁盤地址，給定i節(jié)點，只有文件打開時，文件的i節(jié)點才會存在內(nèi)存中，最后一個磁盤塊地址不是指向數(shù)據(jù)塊而是指向一個包含磁盤塊地址的塊的地址

目錄實現(xiàn)

1.      較好的一個方案是：文件項包含一個指向文件名的地址和文件的屬性，對于長目錄，線性搜索的方法太慢了，加快查找速度的一個方法是使用散列表

共享文件

1.      連接（link）：特定目錄與共享文件之間的聯(lián)系稱為一個連接。

2.      文件系統(tǒng)本身是一個無環(huán)圖，而不是一棵樹

3.      為了解決在共享文件中單個文件寫入數(shù)據(jù)，違背了共享文件的目的，Unix采取的方法是i節(jié)點，即磁盤塊不列入目錄而是列入一個與文件本身相關的小型數(shù)據(jù)結構（i節(jié)點）；另一種方案是符號連接：即系統(tǒng)創(chuàng)建一種指向共享文件的新文件（windows系統(tǒng)中的快捷方式）

日志結構文件系統(tǒng)

1.      基本思想是將整個磁盤結構化為一日志

2.      每隔一段時間，或是有特殊需要時，被緩沖在內(nèi)存中的所有未決的寫操作都被放到一個單獨的段中，作為在日志末尾的一個鄰接段寫入磁盤

3.      日志文件系統(tǒng)有一個清理線程，該線程周期地掃描日志進行磁盤壓縮

4.      整個磁盤成為一個大的環(huán)形緩沖區(qū)，寫線程將新的段寫在前面，而清理進程則將舊的段從后面移走

虛擬文件系統(tǒng)

1.        思想：抽象出所有文件系統(tǒng)都共有的部分，并且將這部分代碼放到單獨的一層，該層調(diào)用底層的實際文件系統(tǒng)來具體管理數(shù)據(jù)

2.        所有和文件相關的系統(tǒng)調(diào)用在最初的處理上都指向虛擬文件系統(tǒng)

3.        虛擬文件有兩個不同的接口：上層用戶進程的接口和下層給實際文件系統(tǒng)的接口

文件系統(tǒng)管理和優(yōu)化

1.幾乎所有的文件系統(tǒng)都把文件分割成固定的塊大小來存儲，各塊之間不一定相鄰

2.如果分配的單元太大，浪費了空間（再小的文件也會占用整個柱面），如果太小，則浪費了時間（文件跨越多個塊，多次尋道和旋轉(zhuǎn)延遲）

3.記錄空閑塊，方案一：采用磁盤塊鏈表，方案二：使用位圖

4.磁盤配額：管理員分配給每個用戶擁有文件和塊的大數(shù)量，操作系統(tǒng)確保每個用戶不超過分配給他們的配額

5.文件系統(tǒng)備份：處理兩個問題：1）、從意外災難中恢復；2）從錯誤操作中恢復，（windos中的回收站）

6.增量轉(zhuǎn)儲：周期性地做全面的轉(zhuǎn)儲，而在每天只對當天更改的數(shù)據(jù)備份。稍微好一點的做法是只備份最近一次轉(zhuǎn)儲以來更改過的文件。

7.轉(zhuǎn)儲兩種方案：物理轉(zhuǎn)儲，邏輯轉(zhuǎn)儲；物理轉(zhuǎn)儲：從磁盤的第0塊開始，將全部的磁盤塊按序輸出到磁帶上，直到最后一塊復制完畢；邏輯轉(zhuǎn)儲：從一個或幾個指定的目錄開始，遞歸地轉(zhuǎn)儲器自給定基準日期（例如，最近一次增量轉(zhuǎn)儲或全面轉(zhuǎn)儲的日期）后有所更改的全部文件和目錄。

8.文件系統(tǒng)的一致性：很多計算機都帶有一個使用程序以檢查文件的一致性，Unix中是fsck，windos中是scandisk

9.文件系統(tǒng)的性能：

1）高速緩沖，

在Unix中有一個系統(tǒng)調(diào)用sync，它強制性地把全部修改過的塊立即寫回磁盤，系統(tǒng)啟動時，在后臺運行一個通常名為update的程序，它在無限循環(huán)中不斷的執(zhí)行sync調(diào)用，每兩次調(diào)用之間休眠的實現(xiàn)是30秒

在windos中有一個FlushFileBuffers，它采用的做法是，只要被寫進告訴緩沖，就把每個被修改的塊寫入磁盤。將緩沖中所有被修改的塊立即寫回磁盤稱為通寫高速緩沖。同非通寫緩沖相比，通寫緩沖需要更多的磁盤IO

        2）塊提前讀

        3）減少磁盤臂運動

                  把可能順序存取的塊放在一起，當然最好在同一個柱面上，從而減少磁盤臂的移動次數(shù)

磁盤碎片整理：移動文化使它們相鄰，并把所有的（至少是大部分）空閑空間放在一個或多個大的連續(xù)的區(qū)域內(nèi)。Windos有一個程序defrag從事這項工作。

文件系統(tǒng)實例：

        1.CD-ROM，為一次性寫介質(zhì)設計的

                  Unix，ISO 9660文件系統(tǒng)標準的基礎上做了一次擴展，Rock Ridge擴展，微軟做的一次擴展是Joliet擴展

2.MS_DOS文件系統(tǒng)，它和擴展（FAT-32）一直被許多切入式系統(tǒng)廣泛使用，如數(shù)碼相機等。

        3.UnixV7文件系統(tǒng)，i節(jié)點采用3級間接塊。

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當前名稱：文件系統(tǒng)-創(chuàng)新互聯(lián)
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