操作系統(tǒng)之文件系統(tǒng)1

1、10.2Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n對大多數(shù)用戶而言，文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中最為可見的部分l操作系統(tǒng)和所有用戶的程序與數(shù)據(jù)的存儲n文件系統(tǒng)的兩大組成部分l一組文件l目錄結(jié)構(gòu)10.3Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n用戶眼中的文件系統(tǒng)是什么樣子的呢？l需要取某個文件file1lFile1在文件夾F中，我翻開文件夾，打

2、開之文件10.4Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件系統(tǒng)描述如下文件Users View用戶視角用戶視角OS Implementation操作系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)文件訪問接口：openclosereadwrite10.5Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件概念文件概念n訪問方法訪問方法n目錄結(jié)構(gòu)目錄結(jié)構(gòu)n文

3、件系統(tǒng)安裝文件系統(tǒng)安裝n文件共享文件共享n保護保護10.6Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n計算機將信息存儲在幾類計算機將信息存儲在幾類非易失性介質(zhì)非易失性介質(zhì)中，例如：中，例如：l磁盤磁盤 (硬盤、軟盤硬盤、軟盤)l磁帶磁帶l光盤光盤l閃存（閃存（flash）n文件是操作系統(tǒng)從設(shè)備物理屬性中抽象出來的邏輯存儲單元。文件是操作系統(tǒng)從設(shè)備物理屬性中抽象出來的邏輯存儲單元。10.7Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Opera

4、ting System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件是存貯在某種介質(zhì)上的（如磁盤、磁帶等）并具有文件名的一組有序信息的文件是存貯在某種介質(zhì)上的（如磁盤、磁帶等）并具有文件名的一組有序信息的集合集合n文件類型文件類型l數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)4數(shù)字?jǐn)?shù)字4字符字符4二進制文件二進制文件l程序程序4源代碼源代碼4目標(biāo)代碼目標(biāo)代碼4可執(zhí)行程序可執(zhí)行程序10.8Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu) 字節(jié)字節(jié)(bytes)或者字

5、或者字(words)序列序列n簡單的記錄結(jié)構(gòu)簡單的記錄結(jié)構(gòu)l行行l(wèi)定長記錄定長記錄l變長記錄變長記錄n復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)l格式化的文檔格式化的文檔l可重定位文件可重定位文件10.9Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件名文件名：唯一的以人們可以理解的方式保存的信息唯一的以人們可以理解的方式保存的信息n類型類型：被：被支持不同類型的文件系統(tǒng)所使用支持不同類型的文件系統(tǒng)所使用n位置位置：指向文件在設(shè)備上的存儲位置的指針指向文件在設(shè)備上的存儲位置的指針n大小大?。?/p>

6、當(dāng)前文件的大小當(dāng)前文件的大小n保護：保護：控制對文件的讀取，改寫和執(zhí)行的權(quán)限控制對文件的讀取，改寫和執(zhí)行的權(quán)限n時間，日期和用戶身份時間，日期和用戶身份：保護和安全需要的數(shù)據(jù)：保護和安全需要的數(shù)據(jù)n文件的信息保存在磁盤上的目錄結(jié)構(gòu)中文件的信息保存在磁盤上的目錄結(jié)構(gòu)中10.10Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n基本操作基本操作l創(chuàng)建創(chuàng)建(create):分配存儲空間分配存儲空間,在目錄中創(chuàng)建條目在目錄中創(chuàng)建條目l改寫改寫(write)l讀取讀取(read)l

7、文件內(nèi)的重定位文件搜索文件內(nèi)的重定位文件搜索l刪除刪除(delete)l截短截短(truncate): 保留文件屬性，但長度變?yōu)楸Ａ粑募傩?，但長度變?yōu)?n其它操作其它操作l重命名重命名(rename)l拷貝拷貝(copy)l擴展擴展(append)10.11Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n多數(shù)操作系統(tǒng)要求在操作文件時調(diào)用多數(shù)操作系統(tǒng)要求在操作文件時調(diào)用打開（打開（open）和和關(guān)閉（關(guān)閉（close）系系統(tǒng)調(diào)用統(tǒng)調(diào)用l打開文件（打開文件（open）：）

8、：在磁盤的目錄結(jié)構(gòu)里查找文件對應(yīng)的表項，并在磁盤的目錄結(jié)構(gòu)里查找文件對應(yīng)的表項，并將表項內(nèi)容裝入內(nèi)存將表項內(nèi)容裝入內(nèi)存4通常要求顯式的打開文件通常要求顯式的打開文件l關(guān)閉文件（關(guān)閉文件（close）：）：將將內(nèi)存中的文件條目內(nèi)存中的文件條目保存到保存到磁盤的目錄結(jié)構(gòu)磁盤的目錄結(jié)構(gòu)中中4文件可以被顯式的關(guān)閉，也可以在進程退出或者終止時隱式關(guān)閉文件可以被顯式的關(guān)閉，也可以在進程退出或者終止時隱式關(guān)閉10.12Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n同一文件可以同時被

9、多個用戶名下的多個進程打開同一文件可以同時被多個用戶名下的多個進程打開n每進程一個每進程一個獨立的文件列表獨立的文件列表，用于跟蹤當(dāng)前進程打開的所有文件，用于跟蹤當(dāng)前進程打開的所有文件，一個表項表示一個已經(jīng)被該進程打開的文件，表項內(nèi)容包括，一個表項表示一個已經(jīng)被該進程打開的文件，表項內(nèi)容包括l下一個讀寫的位置下一個讀寫的位置l指向系統(tǒng)公用文件列表某條表項的指針指向系統(tǒng)公用文件列表某條表項的指針n系統(tǒng)公用的文件列表系統(tǒng)公用的文件列表則包含了與進程無關(guān)的內(nèi)容，如：則包含了與進程無關(guān)的內(nèi)容，如：l在在磁盤上存放的位置、訪問時間、文件大小等磁盤上存放的位置、訪問時間、文件大小等l一個被打開的計數(shù)用于跟

10、蹤打開本文件的進程數(shù)一個被打開的計數(shù)用于跟蹤打開本文件的進程數(shù)10.13Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005F文件名文件名.擴展名擴展名FDOS, Windows常見擴常見擴展名：展名：F.com .exeF.batF.asm .cF.objFUnix, Linux常見擴展名：常見擴展名：F.cF.oF.tar .gz FMacintosh常見擴展名：常見擴展名：Fstore creator10.14Silberschatz, Galvin and Gagne

11、 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n特定的文件必須遵守操作系統(tǒng)所能理解的特定結(jié)構(gòu)特定的文件必須遵守操作系統(tǒng)所能理解的特定結(jié)構(gòu)l如：可執(zhí)行文件如：可執(zhí)行文件, DLL動態(tài)鏈接庫動態(tài)鏈接庫l對用戶而言，可執(zhí)行程序、庫文件都是二進制對用戶而言，可執(zhí)行程序、庫文件都是二進制形式的數(shù)據(jù)，但是對于操作系統(tǒng)而言，這些二形式的數(shù)據(jù)，但是對于操作系統(tǒng)而言，這些二進制文件內(nèi)的數(shù)據(jù)必須具有一定的結(jié)構(gòu)，符合進制文件內(nèi)的數(shù)據(jù)必須具有一定的結(jié)構(gòu)，符合良好的格式要求良好的格式要求10.15Silberschatz, Galvin and Gagn

12、e 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n邏輯塊邏輯塊lUnix將所有文件定義為簡單的字節(jié)流，邏輯塊大小為將所有文件定義為簡單的字節(jié)流，邏輯塊大小為1l邏輯塊也有可能是不定長的邏輯塊也有可能是不定長的n物理塊物理塊l扇區(qū)扇區(qū), 通常為通常為512字節(jié)字節(jié)n將文件的內(nèi)容存到磁盤上，需要將文件的內(nèi)容存到磁盤上，需要打包打包n包包 保存了許多邏輯塊的多個物理塊保存了許多邏輯塊的多個物理塊10.16Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th E

13、dition, Feb 22, 2005n順序訪問順序訪問n直接訪問10.17Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件中的信息被按記錄的順序依次訪問。文件中的信息被按記錄的順序依次訪問。n順序訪問方式順序訪問方式基于文件的磁帶模型基于文件的磁帶模型10.18Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n通常提供的操作包括：通常提供的

14、操作包括：Fread next（讀下一記錄）讀下一記錄）Fwrite next（寫下一記錄）寫下一記錄）Freset (跳到文件頭跳到文件頭)Fskip forward（向前跳過向前跳過n個記錄，快進）個記錄，快進）Fskip backward（向后跳過向后跳過n個記錄，快退）個記錄，快退）10.19Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n直接訪問直接訪問(又稱又稱相對訪問相對訪問) l允許程序快速讀或者寫記錄，而不需要按照特定的順序。允許程序快速讀或者寫記錄，

15、而不需要按照特定的順序。l基于文件的磁盤模型基于文件的磁盤模型4磁盤允許任意的物理塊進行讀或?qū)懘疟P允許任意的物理塊進行讀或?qū)憂通常提供的操作包括：通常提供的操作包括：lread n（讀取第讀取第n個記錄）個記錄）lwrite n（寫第寫第n個記錄）個記錄）lposition to n（跳到第跳到第n個記錄）個記錄）lread next（讀取下一個記錄）讀取下一個記錄）lwrite next （寫下一個記錄）寫下一個記錄）lrewrite n（重寫第重寫第n個記錄）個記錄）n = 信息存放的塊號信息存放的塊號10.20Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Oper

16、ating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005Fcp是指當(dāng)前位置是指當(dāng)前位置10.21Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005也可基于直接訪問方式建立其他的訪問方式，也可基于直接訪問方式建立其他的訪問方式，例如，基于索引的方式可以按如下方式做：例如，基于索引的方式可以按如下方式做： 創(chuàng)建文件索引創(chuàng)建文件索引 搜索索引搜索索引 按照索引得到的指針直接訪問文件，得到記錄按照索引得到的指針直接訪問文件，得到記錄 10.22

17、Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005基于商品統(tǒng)一編碼（基于商品統(tǒng)一編碼（Universal Product Code, UPC）的）的商品價格文件索引商品價格文件索引一個邏輯塊16字節(jié)： 每個商品有10位的UPC和6位的價格一個磁盤塊（物理塊）1024字節(jié)： 可以打包64個邏輯塊假設(shè)價格文件占了2000個磁盤塊，那么要建立大小為2000的索引，其中每個索引項是10位的UPC這個索引表可以放在內(nèi)存中10.23Silberschatz, Galvin and Ga

18、gne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005利用索引文件利用索引文件+相關(guān)文件建立的二級索引相關(guān)文件建立的二級索引(在索引文件也比較大的時候使用在索引文件也比較大的時候使用)10.24Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件組織文件組織l分區(qū)分區(qū) (迷你磁盤、卷迷你磁盤、卷)4可以小于、也可以大于物理磁盤驅(qū)動器可以小于、也可以大于物理磁盤驅(qū)動器4一個邏輯的、虛擬的磁盤一個邏輯的、虛擬的

19、磁盤4不同的分區(qū)可以存放不同的操作系統(tǒng)不同的分區(qū)可以存放不同的操作系統(tǒng)l目錄目錄4目錄里記錄的是分區(qū)上所有文件的名字、位置、大小目錄里記錄的是分區(qū)上所有文件的名字、位置、大小、類型等信息、類型等信息10.25Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n左圖：多個分區(qū)可共享一個磁盤左圖：多個分區(qū)可共享一個磁盤n右圖：一個分區(qū)可以跨多個磁盤右圖：一個分區(qū)可以跨多個磁盤10.26Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating Sy

20、stem Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n目錄目錄 是一個包含著所有文件信息的節(jié)點的集合是一個包含著所有文件信息的節(jié)點的集合F1F2F3F4Fn目錄目錄文件文件目錄結(jié)構(gòu)和文件都駐留在磁盤上目錄結(jié)構(gòu)和文件都駐留在磁盤上10.27Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n查找文件查找文件n建立文件建立文件n刪除文件刪除文件n顯示目錄顯示目錄n重命名文件重命名文件n遍歷文件系統(tǒng)遍歷文件系統(tǒng)10.28Silberschatz, Gal

21、vin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n一個目錄對應(yīng)所有用戶一個目錄對應(yīng)所有用戶 命名問題命名問題不允許有同名的文件不允許有同名的文件 分組問題分組問題10.29Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n為為每個用戶建立一個目錄每個用戶建立一個目錄l主文件目錄主文件目錄 (master file directory，MFD)l用戶文件目錄用戶文件目錄 (user f

22、ile directory，UFD) 路徑名路徑名 不同用戶的文件可以重名不同用戶的文件可以重名 高效的查找高效的查找 無法分組無法分組 (用戶可能需要共享文件用戶可能需要共享文件)10.30Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 200510.31Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n高效的搜索高效的搜索n分組能力分組能力n當(dāng)前目錄當(dāng)前

23、目錄(工作目錄工作目錄)lcd /spell/mail/prog10.32Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n絕對路徑絕對路徑 從根路徑開始從根路徑開始n相對路徑相對路徑 從當(dāng)前路徑開始從當(dāng)前路徑開始n創(chuàng)建文件在當(dāng)前目錄下完成創(chuàng)建文件在當(dāng)前目錄下完成n刪除文件刪除文件rm n創(chuàng)建子目錄在當(dāng)前路徑下完成創(chuàng)建子目錄在當(dāng)前路徑下完成mkdir 例如例如: 假如當(dāng)前路徑為假如當(dāng)前路徑為 /mailmkdir countmailprogcopy prt exp cou

24、nt刪除刪除“mail”目錄目錄 表示刪除從表示刪除從“mail”開始的所有子目錄開始的所有子目錄.10.33Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n共享子目錄和文件共享子目錄和文件10.34Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n文件可能擁有多個絕對路徑名文件可能擁有多個絕對路徑名l不同的文件名指向同一個文件不同的文件名指向同一

25、個文件n問題問題l磁盤利用率計算磁盤利用率計算l備份備份l刪除刪除4指向不存在文件的懸掛指針指向不存在文件的懸掛指針, 甚至可能存在磁盤地址被重用甚至可能存在磁盤地址被重用10.35Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n硬鏈接硬鏈接 (傳統(tǒng)鏈接傳統(tǒng)鏈接)l一個文件只有在引用計數(shù)為一個文件只有在引用計數(shù)為0時才會被真正刪除時才會被真正刪除l限制限制: 僅僅限于文件，文件系統(tǒng)類型必須相同僅僅限于文件，文件系統(tǒng)類型必須相同n符號鏈接符號鏈接 (軟鏈接軟鏈接)l可以跨

26、文件系統(tǒng)（卷）可以跨文件系統(tǒng)（卷）l可以鏈接到一個目錄可以鏈接到一個目錄lWindows使用類似的方法使用類似的方法10.36Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 200510.37Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n一個文件系統(tǒng)必須首先安裝（一個文件系統(tǒng)必須首先安裝（mount），），然后才能夠被訪問然后才能夠被訪問l在在多個分區(qū)上

27、創(chuàng)建目錄結(jié)構(gòu)多個分區(qū)上創(chuàng)建目錄結(jié)構(gòu)n未未安裝的文件系統(tǒng)將在安裝點被安裝，安裝點即目錄結(jié)構(gòu)存放的位置安裝的文件系統(tǒng)將在安裝點被安裝，安裝點即目錄結(jié)構(gòu)存放的位置n例如例如lmount /dev/hda5 /mnt/diskDlumount /dev/hda5lumount /mnt/diskD10.38Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005existingunmounted partitionFmount /dev/ /usersF在文件系統(tǒng)被取消安裝之前，安裝點之

28、前的內(nèi)容變得在文件系統(tǒng)被取消安裝之前，安裝點之前的內(nèi)容變得不可見不可見F一個文件系統(tǒng)僅能被安裝一次一個文件系統(tǒng)僅能被安裝一次mount point10.39Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n多用戶系統(tǒng)中需要實現(xiàn)文件共享多用戶系統(tǒng)中需要實現(xiàn)文件共享n共享可以通過共享可以通過保護策略保護策略來完成來完成10.40Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, F

29、eb 22, 2005n訪問控制和保護訪問控制和保護l所有者所有者：可改變屬性、賦予訪問權(quán)限、擁有文件和目錄的最高控制：可改變屬性、賦予訪問權(quán)限、擁有文件和目錄的最高控制權(quán)權(quán)l(xiāng)組組, 系統(tǒng)用戶的一個子集，可共享文件訪問權(quán)限系統(tǒng)用戶的一個子集，可共享文件訪問權(quán)限n用戶標(biāo)識用戶標(biāo)識 (uid) 和和組標(biāo)識組標(biāo)識 (gid) 與與用戶進程或者線程關(guān)聯(lián)用戶進程或者線程關(guān)聯(lián)l一個用戶可以在多個組內(nèi)，這取決于操作系統(tǒng)一個用戶可以在多個組內(nèi)，這取決于操作系統(tǒng)10.41Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Editio

30、n, Feb 22, 2005n用戶用戶ID（UID）和組和組ID（GID）和其它文件或者目錄信息存放在一起和其它文件或者目錄信息存放在一起n當(dāng)當(dāng)某個進程試圖訪問文件或目錄時，將進程里的用戶信息和文件或某個進程試圖訪問文件或目錄時，將進程里的用戶信息和文件或目錄的屬性進行比較，以決定該訪問是否合法。目錄的屬性進行比較，以決定該訪問是否合法。10.42Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n在在網(wǎng)絡(luò)上的文件系統(tǒng)，遠程文件和目錄在本地機器上可見網(wǎng)絡(luò)上的文件系統(tǒng)，遠程

31、文件和目錄在本地機器上可見l遠程文件系統(tǒng)（遠程文件系統(tǒng)（remote file system，RFS）l分布式文件系統(tǒng)（分布式文件系統(tǒng)（distributed file system ，DFS）l網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（network file system，NFS）10.43Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n一個用戶對數(shù)據(jù)的修改是否可以、何時可以被其它用戶觀察到一個用戶對數(shù)據(jù)的修改是否可以、何時可以被其它用戶觀察到10.44Silberschatz,

32、 Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n一個用戶對打開文件的修改可以立即被其它用戶看到一個用戶對打開文件的修改可以立即被其它用戶看到n有一種共享模式允許用戶共享文件訪問指針的當(dāng)前位置有一種共享模式允許用戶共享文件訪問指針的當(dāng)前位置l如果一個用戶移動了指針，將影響所有共享用戶如果一個用戶移動了指針，將影響所有共享用戶10.45Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2

33、005n文件所有者文件所有者/創(chuàng)建者應(yīng)當(dāng)能夠控制創(chuàng)建者應(yīng)當(dāng)能夠控制:l可以對文件做什么（讀、寫可以對文件做什么（讀、寫)l哪些人擁有權(quán)限哪些人擁有權(quán)限n訪問的類型訪問的類型l讀讀readl寫寫writel執(zhí)行執(zhí)行executel擴展擴展appendl刪除刪除deletel顯示列表顯示列表list10.46Silberschatz, Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition, Feb 22, 2005n訪問模式訪問模式: read, write, executen三類用戶三類用戶RWXa) owner access 71 1 1RWXb) group access 6 1 1 0RWXc) public access1 0 0 1n管理員創(chuàng)建一個擁有唯一名字的組，組名為管理員創(chuàng)建一個擁有唯一名字的組，組名為G，并將并將一些一些用戶加入組內(nèi)用戶加入組內(nèi)n對一個特定文件或者目錄（假定名稱為對一個特定文件或者目錄（假定名稱為game), 定義恰當(dāng)定義恰當(dāng)?shù)脑L問模式的訪問模式owner group publicchmod761 game10.47Silberschat