文件系统基础思维脑图思维导图

生杀予夺

2024-03-19

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文件系统

文件结构

结构分析

文件管理，逻辑结构，物理结构等内容讲解

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思维导图大纲

文件管理

属性

文件名、标识符、类型、位置、大小、保护信息。。。

文件内部记录组织

逻辑结构

文件之间组织

目录结构

文件如何放入外存（文件记录如何占用外存）

外部组织

操作系统管理内存空闲块

存储空间管理

文件逻辑结构

对用户来说，文件的记录如何存储（逻辑地址）

无结构文件（流式文件）

一系列二进制流或字符流组成

有结构文件（记录式文件）

由记录组成，分为定长、可变长记录

顺序文件（记录在逻辑上顺序存储）

串结构/顺序结构

记录顺序与关键字顺序无关/按关键字顺序排列

可变长记录顺序文件无法实现随机存取，定长记录可以

定长记录、顺序结构的顺序文件可按关键字快速检索（比索引文件检索快）

缺点

不方便增加、删除记录

索引文件

建立一张索引表，每个记录对应一个表项。各记录不用保持顺序，方便增删

索引表本身就是定长记录的文件，一个索引表项就是一条定长记录，故支持随机存取

若索引表按关键字排列，则可支持快速检索

解决了增删问题，不定长记录也实现了随机存取，但是索引表占空间

索引顺序文件

将记录分组，每组对应一个索引表项

检索记录时先顺序查索引表，找到分组，再顺序查分组

记录过多建立多级索引

要为N个记录建立k级索引，最优分组是每组N的1/（k+1）次幂个记录，平均查找次数为这个数/2再×（k+1）

文件目录

一个文件对应一个FCB（文件控制块）

一个FCB = 一个目录项

包括文件名、物理地址、逻辑结构、物理结构、存取控制信息、使用信息

目录结构

单级目录结构

一个系统只有一张目录表，不允许文件重名

两级目录结构

不同目录文件可以重名，但不能对文件分类

多级（树形）目录

不同目录下的文件可以重名，可以对文件分类，不方便文件共享

系统根据文件路径找到目标文件

从根目录出发是绝对路径

从当前目录出发是相对路径 ./

无环图目录结构

树形目录基础上增加指向同一结点的有向边，目录成为DAG

共享结点设置一个共享计数器，计数器为0才删除该结点（文件）

和文件共享一起看

索引结点

将除了文件名之外的所有信息都放入索引节点中

当查找到FCB时，才将其索引节点inode调入内存，

索引节点中记录了文件各种信息，包括文件在外存的存放位置，从而在外存找到文件数据

具体例子联系混合索引和打开文件，见笔记的图解操作

目录项只包含文件名、索引节点指针，每个目录项长度大幅减少

因而每个磁盘块可以容纳更多目录项，检索文件时磁盘I/O次数减少

文件物理结构

顺序分配

为文件分配连续的磁盘块

FCB目录项内容：起始块号、文件长度

优点

顺序存取速度快，支持随机访问

缺点

产生碎片、不利于文件拓展

链接分配-隐式链接（默认）

每个盘块中存有指向下一盘块的指针

FCB目录项内容：起始块号，结束块号

优点：解决碎片问题，外存利用率高，文件拓展实现方便

缺点：只能顺序访问

易错点

计算文件最大长度时，应计算每一块的数据部分大小，即每一块中不包括索引指针的大小

这里复习笔记的插入记录问题！

链接分配-显式链接

建立1张FAT表（整个系统1张），显式记录盘块先后关系，FAT常驻内存（开机后）

优点

隐式链接优点 + 可以随机访问

缺点

FAT占内存

FAT兼职空闲盘块管理

一定要结合目录文件和FCB、打开文件操作看笔记上例图！

索引分配

为文件数据块建立索引表，每个文件1张

混合索引

见书上例图，结合FCB、打开文件操作

k层索引，且顶级索引表未调入内存，访问一个数据块读磁盘k+1次

优点

支持随机访问，易拓展

缺点

索引节点、索引表占空间

文件存储空间的管理

空闲表法

空闲表中记录连续空闲区的起始盘块号，盘块数

分配时采用首次适应等算法，类似连续内存管理那一节

空闲链表法

空闲盘块链

以盘块为单位组成一条空闲链

分配时从链头依次取出空闲块，回收时空闲块插到链尾

空闲盘区链

以盘区为单位组成一条空闲链

盘区：连续的空闲盘块

空闲盘区的第一个盘块记录了盘区的长度，下一个盘区的指针

位示图法

1个二进制比特位对应一个盘块（字号/位号）（行号/列号）

一个字长为n，说明位号是0~n-1

0代表空闲，1代表已分配

盘块号、字号、位号都从0开始

盘块号b = ni+j，其中n为字长，（行号i，列号j）

字号i = b/n，位号j = b%n

从1开始也要会：b = (i - 1) * n + j

i = (b - 1)/n + 1

j = (b - 1)%n + 1

成组链接法

UNIX采用的策略，用于大型文件系统，目录区有一个超级块

文件基本操作

创建文件

create系统调用

在外存中找到文件所需空间

根据文件存放路径信息找到该目录对应的目录文件，创建目录项FCB

删除文件

delete系统调用

找到目录项，回收磁盘块，删除

打开文件

open系统调用

将目录项的信息复制到内存的打开文件表中，给用户返回索引号/文件描述符，之后用户使用打开文件表的编号来访问文件

每个进程有1个打开文件表，系统中有1个总的打开文件表

这里看笔记打开文件表

FAT和Inode的open操作不相同，见笔记！

打开文件时不会把文件数据直接读入内存

关闭文件

close系统调用

删除进程打开文件表表项

回收分配给该文件的内存

系统的打开文件表计数器-1，若为0则删除系统表表项

读写文件

read/write系统调用

用索引号指明文件，将文件从外存读入内存/从内存写出外存

这里也见笔记，通过FAT读和Inde读结果不一样

读文件的第i块时，FAT用来查，不必把起始块读入内存

Inde中可能是混合索引

文件共享

不同用户的目录项指向同一个索引节点

见笔记的图！

文件保护

口令保护

为文件设置一个口令，存在FCB中，可能不安全

加密保护

用密码加密，安全性最高

访问控制

用一个访问控制表ACL记录各组用户对文件的访问权限

用户数量m，访问权限n，需要一个m×n的表，用二进制0、1标识是否可以访问

实现灵活，必须由系统实现

文件访问由用户访问权限和文件属性共同限制

Linux 网络基础知识思维导图

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1.9

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