文件系统

操作系统

文件系统和文件

数据存储和访问
文件：符号名，由字节系列构成的数据项集合
文件系统功能：
- 分配文件磁盘空间：管理文件块（位置和顺序）、管理空闲空间（位置）、分配算法（策略）
- 管理文件集合：定位、命名、文件系统结构
- 数据可靠和安全

文件头：文件属性，文件存储位置和顺序

文件描述符

打开文件的标识
- 文件指针（最后一次读写位置）
- 文件打开计数（当前打开文件的次数）
- 文件磁盘位置
- 访问权限

视图
- 用户视图：文件是持久的数据结构
- 系统视图：系统访问接口字节的集合
- 文件视图：数据块（逻辑存储单元，访问单位）集合（扇区，物理存储单元）

目录、文件别名和文件系统种类

只允许内核修改目录，哈希表，文件目录循环（只允许文件链接，循环检测，限制遍历长度）

访问模式

顺序访问
随机访问
索引访问（数据库）

文件内部结构

无结构：单词，字节序列
简单记录结构：分列，定长/可变长度
复杂结构：格式化文档，可执行文件（程序行为）

文件共享和访问控制

多用户文件共享
访问控制
ACL列表
Unix模式

语义一致性

程序管理
会话语义
读写锁

名字解析（路径遍历）

逻辑名称转换为物理名称：当前工作目录+相对路径

文件系统种类

磁盘文件系统
数据库文件系统（文件寻址）
日志文件系统
网络/分布式文件系统
特殊/虚拟文件系统

虚拟文件系统VFS

分层机构，对多有不同系统抽象
接口、数据结构、例程、交互
- 文件卷控制块：文件系统挂载
- 文件控制块：访问文件
- 目录项：遍历文件路径

存储到外存

文件缓存和打开文件

文件缓存

read预读，缓存和延迟写入，包括数据块缓存和页缓存

打开文件

文件描述符，打开文件表，打开文件锁（强制、劝告）

文件分配

文件数据块的位置和顺序：连续分配、链式分配、索引分配

性能：存储效率，读写性能
大文件索引分配：多级索引块UFS，链式索引块

空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

空间管理

跟踪未分配（数据结构）：位图、链表、链式索引

RAID

文件卷，多磁盘管理（并行、冗余）
存储格式：
数据块：RAID 0/4/5
位：RAID 3

RAID0:条带化
RAID1：磁盘镜像
RAID4：单磁盘故障
RAID5：分布式校验：允许一个错误
RAID6：两个冗余块：允许两个错误