文件系統基礎
文件的概念
1.文件的定義
文件是以計算機硬盤爲載體存儲在計算機上的信息集合，文件可以是文本文檔，圖片，程序等；用戶進行的輸入輸出中，則以文件爲基本單位。
- 數據項：用於描述一個對象的某種屬性的一個值
- 記錄：相關的數據項集合
- 文件：
2.文件的屬性
- 名稱：唯一
- 標識符：標識文件系統內文件的唯一標識，通常爲數字，對人不可讀的內部名稱
- 類型：
- 位置：指向設備和設備上文件的指針
- 大小
- 保護：進行保護的訪問控制信息
- 時間，日期和用戶標識
3.文件的基本操作
- 創建文件
- 寫文件
- 讀文件
- 文件重定位
- 刪除文件
- 截斷文件
4.文件的打開與關閉
- 文件指針：系統跟蹤上次讀寫位置作爲當前文件位置指針，
- 文件打開計數
- 文件磁盤位置
- 訪問權限
文件的邏輯結構
文件的邏輯結構是從用戶觀點出發看到的文件的組織形式，文件的物理結構是從實現觀點出發，又稱爲文件的存儲結構，物理結構與存儲介質的特性有關
1.無結構文件（流式文件）
將數據按順序組織成記錄並積累保存，它是有序相關信息項的集合，以字節（Byte）爲單位。
2.有結構文件（記錄式文件）
- 順序文件：串結構--記錄之間的順序與關鍵字無關，通常按存入時間的現後順序；順序結構，按關鍵字順序排序
- 索引文件：定長記錄文件
- 索引順序文件：順序和索引兩種組合，順序文件上建立一張索引表。
- 直接文件或散列文件：給定記錄的鍵值或通過Hash 函數轉換的鍵值直接決定記錄的物理地址。沒有順序的特性
目錄結構
1.文件控制塊和索引結點
1）文件控制塊：FCB是用來存放控制文件需要的各種信息的數據結構
主要包含：
- 基本信息
- 存取控制信息：存取權限
- 使用信息
2）索引結點
查找文件名與目錄項中文件名匹配
存放在磁盤上的索引結點稱爲磁盤索引結點
- 文件主標識符
- 文件類型
- 文件存取權限
- 文件物理地址
- 文件長度
2.目錄結構
- 搜索
- 創建文件
- 刪除文件
- 顯示目錄
- 修改目錄
文件共享
共享文件，系統中只需保留該文件的一份副本。
1.基於索引結點的共享方式（硬鏈接）
在樹形結構的目錄中，當有兩個或多個用戶要共享一個子目錄或文件時，必須將共享文件或子目錄鏈接到兩個或多個用戶的目錄中，才能方便找到文件
2.利用符號鏈實現文件共享（軟鏈接）
只有擁有者才擁有指向其索引結點的指針，，共享文件的用戶只有該文件的路徑名。
文件保護
通過口令保護，加密保護，訪問控制方式；口令，加密保護是爲了防止用戶文件被他人存取或竊取，而訪問控制則用於控制用戶對文件的訪問方式
1.訪問類型：讀寫執行，添加，刪除，列表清單
2.訪問控制
常用方法是根據用戶身份進行控制，在每個文件和目錄增加一個訪問控制列表 ACL
文件系統實現
文件系統層次結構
文件實現
1.文件分配方式
對應文件的物理結構，是指如何爲文件分配磁盤塊，常用三種：連續分配，鏈接分配，索引分配。
1）連續分配：要求每個文件在磁盤上佔有一組連續的塊
2）鏈接分配：採取離散分配，消除外部碎片，提高了磁盤利用率
3）索引分配：解決了連續分配的外部碎片和文件大小管理的問題，但是不能有效支持直接訪問。
磁盤組織與管理
磁盤的結構
磁盤是由表面塗有磁性物質的金屬或塑料構成的圓形盤片，
磁盤調度算法
磁盤讀寫操作的時間由尋找（尋道)時間，延遲時間和傳輸時間決定：
1）尋找時間Ts:活動頭磁盤在讀寫信息前，將磁頭移動到指定磁道所需的時間。這個時間除跨越n條磁道的時間外，還包括啓動磁臂時間s ： Ts=m*n+s (磁臂移動時間0.2ms,s約爲2ms)
2）延遲時間Tr: 磁頭定位到某一磁道的扇區（塊號）所需的時間，設磁盤的旋轉速度爲r
Tr=1/2r
3) 傳輸時間Tt:從磁盤讀出或向磁盤寫入數據所經歷的時間，這個時間取決於每次所讀寫的字節b和磁盤的旋轉速度：
Tt=b/rN (r爲磁盤每秒得轉數，N是每個磁道上的字節數）
- 先來先服務（FCFS）：優點具有公平性
- 最短尋找時間優先SSTF：選擇調度處理的磁道是當前磁頭所在磁道距離最近的磁道，使每次的尋找時間最短。會產生飢餓
- 掃描（SCAN）（電梯）算法：不但知道磁頭的當前位置，還要知道磁頭的移動方向
- 循環掃描C-SCAN：單向移動，到達請求最遠的一端即可，不需到達磁盤端點。
