计算机软件 - 文件系统

1. 文件系统

1.1 文件

文件是具有符号名、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的集合。是一种抽象机制，隐藏了硬件和实现细节，方便用户对文件的读写。

文件系统是用来统一管理文件的系统。主要包括几个功能：按名存取、统一接口、并发控制、安全性控制、性能优化、差错恢复。

按性质：系统文件、库文件、用户文件

保存期限：临时文件、档案文件、永久文件

保护方式：只读文件、写/读文件、可执行文件、不保护文件

文件系统类型：FAT、VFAT、NTFS、Ext2、HPFS

用户角度看到的是逻辑结构；实现角度看到的是物理结构。

逻辑结构分为有结构的记录式文件和流式文件，记录式文件由一个或多个记录构成，所有的记录都描述一个实体集。流式文件的文件体为字节流，不划分记录，通常采用顺序访方式。

物理结构是指文件的内部组成形式，即文件在物理存储设备上的存放方法。

常见的物理结构：

连续结构（顺序结构）：

逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块上。

链接结构（串联结构）：

逻辑上连续的文件信息，存放在不连续的物理块上。每个物理块上有一个指针，指向下一个物理块。

索引结构：

逻辑上连续的文件信息，存放在不连续的物理块上。系统为每个文件建立一张索引表，记录文件信息所在逻辑块号和物理块号的映射。

将文件保存在外存上，必须要知道磁盘上的存储空间的使用情况，即物理块的空闲与否。例如：对大容量的存储磁盘别多用户共享时，用户程序需要经常在磁盘上读写文件。所以，文件系统必须对磁盘空间进行管理。

常用的空闲空间管理办法：

空闲区表（比较适合连续文件结构）：

操作系统位磁盘上所有空闲区建立一张空闲表，包含序号、空闲区的第一块号、空闲块数量、状态信息。

位示图（适合各种物理结构）：

在外存上建立一张位视图（bitmap）,每一位对应文件存储器上的一个物理块，使用0和1表示文件的空闲与否。位视图的大小由文件的物理块总数决定。

空闲块链：

每个空闲的物理块下有指向下一个空间物理块的指针，以此类推。

成组链接法：

将空闲物理块分成若干组，在每组的第一个空闲块中登记下一组空闲块的物理号和空闲块总数。如果，某组的第一个空闲块号等于0，说明是最后一组。

指不同的用户使用同一文件。好处是，可以减少由于文件复制带来的访问外存。

常见的文件链接：

硬链接：

两个文件的目录表目指向同一个索引节点的链接。也就是不同的文件名与同一个文件实体链接。文件硬链接不利于文件所有者删除文件，因为需要删除所有的硬链接。

符号链接：

建立新的文件或目录，与原来的文件或目录的路径名进行映射。访问符号链接，通过映射找到原文件的路径，并对其访问。

保护是指对文件的存取进行控制。规定不同的用户有不同的访问权限。

通常采用以下几种方式：存取控制矩阵、存取控制表、用户权限表、密码。