03- 文件管理

这部分感觉也有点令人迷惑，还是依照惯例先过一下王道，然后再做一个全局的图片

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文件

对文件的虚拟

对文件自身

【操作系统视角】文件：byte 串

【用户视角】文件的逻辑结构，更多细节见 4.1.2. 文件的逻辑结构¹
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【虽然我觉得这和 filesys 关系不大，也不知道为啥会出现在这里，但是王道考研出现了，所以就提及一下】

一切皆文件

在 linux 系统下，一切皆文件，包括我们通常意味上的文件，文件管理的数据结构和 IO

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关于文件管理结构

• 目录项/条目：也是一种文件，但是是记录很多文件关系的文件。==条目是通过将索引节点编号与文件名相关联来将索引节点和文件固定在一起的粘合剂==。
• FCB 事实上是一个历史术语，具体参见维基百科的解释，事实上现在它在现实生活中已经不适用了。可以理解为这个词等于目录项
• 多个目录项聚集在一起形成目录
• 索引节点：文件的元信息，数据在磁盘的位置

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文件的物理结构

既然我们知道了一切皆文件，那么我们看看这些文件在真实生活中到底如何被存储

连续分配

连续分配要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块

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链接分配

有隐式链接和显式链接

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注意：一个磁盘仅设置一张 FAT。开机时，将 FAT 读入内存，并常驻内存。 FAT 的各个表项在物理上连续存储，且每一个表项长度相同，因此，物理块号可以隐含

后者可以防止链接丢失

索引分配

会为每个文件建立一张索引表

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但是有可能存在索引表太大的问题，所以我们有一些解决办法，比如多层索引，混合索引【in real life 的 unix 文件管理办法】

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总结

嗯...这种优点和缺点可以出选择题

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文件目录的结构

对于文件目录，也存在一些结构...

单级目录结构

顾名思义，是单级...
注意，这个单级文件目录不允许文件重名
【虽然但是，我理解讲课的时候提到这个单级文件目录作为一个最朴素的文件目录的 idea，但是在考试的时候就会退化成莫名其妙的“小朋友，请问哪个文件目录的结构不允许文件重名啊？“这种考点】

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两级文件目录

早期的多用户操作系统，采用两级目录结构。分为主文件目录（MFD）和用户文件目录（UFD）

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多级目录结构

不同目录下的文件可以重名

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无环图目录结构

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可以共享，设置共享计数器-> 软链接和硬连接【todo】

总结

唉总结，唉选择题

文件系统

我们有了文件和目录作为我们的构建块，这样我们就可以开始搭建自己的文件系统（强行...），这个文件系统应该具有若干功能，列举如下

• 储存空间的初始化
• 基本操作
• 空闲分区管理
• 文件共享
• 文件保护
• 磁盘管理

储存空间的初始化

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划分： 将物理磁盘划分为一个个的文件卷（逻辑卷、逻辑盘），如 C 盘、D 盘等
【todo：文件卷是上图的？】

初始化： 把每个文件卷划分为目录区、文件区

• 目录区： 存放文件目录信息（FCB）、用于磁盘存储空间管理的信息
• 文件区： 用于存放文件数据

文件的基本操作

这个文件系统必须要满足一些基本操作：create²/delete³, open⁴/close⁵，read⁶/write⁷，然而这是怎么做到的呢，快和小编（确信）一起看看吧
其实考试意义上比较重要的只有 open，但是首先我们先看一下文件系统的基本结构，然后解释一下 open 怎么回事

文件系统基本操作的基本结构

这个标题好像比较拗口，不过意思大概就是字面义

下图是文件系统在内存里的布局

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但是和我们基本操作比较相关的主要是左侧的部分：操作系统维护一个全局的 open file table，以及对每个进程维护一个 file descriptor table

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open

会考选择题，所谓的打开文件到底是把什么调入了内存？

【王道考研原文-就是把目录项复制到内存中的打开文件表里】所谓“打开”，是指调用 open 根据文件名搜索目录，将指明文件的属性 (包括该文件在外存上的物理位置)，从外存复制到内存打开文件表的一个表目中,并将该表目的编号 (也称索引)返回给用户。当用户再次向系统发出文件操作请求时，可通过索引在打开文件表中查到文件信息，从而节省再次搜索目录的开销。当文件不再使用时，可利用系统调用 close 关闭它，操作系统将会从打开文件表中删除这一条目。

打开文件 (Open)

参数：

1. 路径
2. 文件名
3. 操作类型 (r, rw...)

做的事：

1. 从路径找到目录文件，目录中找到​文件名对应目录项​，检查是否有权限
2. ​将目录项复制到内存中“打开文件表”中​。返回​对应表项索引号（文件描述符） ​。之后用户使用打开文件表的编号来指明要操作的文件

两种打开文件表： 进程的和系统的。

空闲分区管理

对于文件外存的空闲块，我们怎么管理捏

空闲表法

维护一个表，记录空闲磁盘区的起始点和长度

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类似内存管理中的动态分区分配算法⁸，同样可采用首次适用、最佳适应、最坏适应等算法来决定要为文件分配哪个区间

注意，磁盘回收时会合并空闲区，所以可能有计算题，问你一同操作后还有多少空闲区之类的

空闲链表法

可以盘块链也可以盘区链

操作系统保存着链头、链尾指针

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位视图法

通过字号和位号，以及 0 和 1，表示一个盘块有无被使用

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成组链接法 todo

unix in real life 采取的方法，结合空闲表和空闲链表两种方法

【没明白，找一个图解 linux 之类的看看，考研文章真看不懂啊 😭】

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文件共享

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4.1.7. 文件共享

硬链接

基于索引结点

索引结点，对 FCB 进行瘦身（存放文件名, 指针）

索引结点中设置一个链接计数变量 count，用于表示链接到本索引结点上的用户目录项数

• 若 count = 2，说明此时有两个用户目录项链接到该索引结点上，或者说是有两个用户在共享此文件。
  若某个用户决定“删除〞该文件，则只是要把用户目录中与该文件对应的目录项删除，且索引结点的
  count 值减 1。
• 若 count > 0，说明还有别的用户要使用该文件，暂时不能把文件数据删除，否则会导致指针悬空。
• 当 count = 0 时,系统负责删除文件

软链接

基于符号链接

索引节点指向 Link 类型的文件(源文件被删除依然存在 link 文件）。类似 快捷方式

[2009 统考真题] 设文件 F1 的当前引用计数值为 1，先建立文件 F1 的符号疑接(软链接)文件 F2，再建立文件 F1 的硬链接文件 F3，然后删除文件 F1。此时，文件 F2 和文件 F3 的引用计数值分别是 B 1, 1

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问题来了，所谓的 path/to/file​指向的到底是什么，应该是目录项及其中的 inode 罢

文件保护

磁盘管理

placeholder，这部分留到下面 io 来说