文件系统接口

文件系统接口对大多数用户来说，文件系统是操作系统最明显的一个方面。它提供了操作系统和所有用户的数据和程序的在线存储和访问机制。文件系统包含两个部分：文件的集合和目录结构。文件系统需要海量存储设备。本章，我们考虑文件和主要目录的结构，讨论在多进程、用户和计算机中共享文件的语义，讨论处理文件保护的方法。文件系统接口本章目标：解释文件系统的功能描述文件系统的接口讨论文件系统设计的方法，包括访问方法、文件共享、文件锁和目录结构讨论文件系统的保护本章内容本章内容文件的概念访问方法目录和磁盘结构文件系统安装文件共享保护文件的概念计算机可以在各种存储介质上，如磁盘、磁带、光盘等上存储信息，来方便使用，这样操作系统提供了一种一致的存储信息的逻辑视图。OS可以从存储设备的物理特性抽象定义逻辑存储单元：文件。文件被操作系统映射到物理设备上。这些存储设备通常是可以是长久保存的。文件是一个存储在第二存储设备上相关信息的命名集合。从一个用户的观点来看，文件是逻辑存储设备的最小分配单元，不使用文件，数据将无法写入第二存储设备。通常，数据是一个bit、byte、lines或者记录的序列。文件的概念文件属性一个文件可以通过文件名命名，文件名通常是一个字符串。有些系统区分文件名的大小写，有些系统不区分。当文件命名时，它将和进程、创建的用户等独立。文件的属性，虽然在各个操作系统中都不同，但是通常都有：文件名、标识符、类型、位置、大小、保护方式、时间、日期和用户标识。一些系统还支持扩展的文件属性，包括字符编码方式等。所有文件的信息保存在目录结构中，目录结构也存储在第二存储设备上。文件的概念文件操作一个文件时一个抽象的数据类型，要合理定义文件，我们需要考虑可以在文件上实施的操作。通常，OS需要提供对文件、创建、写入、读取、重定位、删除、截断等系统调用。通常的六个基本操作为创建写入读取重定位删除截断文件的概念上面提到的多数文件操作涉及查询目录，找到命名文件的入口。为避免重复的查找，很多系统需要在文件第一次使用前，使用一个open系统调用。OS保存一个表，成为开发文件表，包含了所有打开文件的信息。当请求一个文件操作时，文件通过这个表的下标查找。当文件不再使用时，需要被进程关闭，操作系统从打开文件表中删除相应项。Open和close函数的实现，由于多个进程可能同时打开一个文件，变得很复杂。通常OS使用俩级表：进程级和系统级。文件的概念对一个打开的文件来说，通常有这样的一些信息：文件指针文件打开计数文件的磁盘位置访问权限文件的概念文件类型访问方法文件存储了信息，在使用时，这些信息必须被读入计算机的内存。文件中的信息可以通过多找那个方式访问，一些系统只提供了一种稳健访问方式，有些系统支持多种访问方式。对特定的应用选择合适的访问方式是设计考虑的一个主要问题。顺序访问：最简单的访问方式是顺序访问，文件中的信息按照顺序访问，一个记录接着一个记录。直接访问：文件由固定大小的逻辑记录组成，允许程序员不按照顺序读写记录。直接访问方法基于磁盘模型，数据库通常为这种类型。目录和文件结构下面，我们考虑如何存储文件。文件存储在随机访问的存储设备上一个存储设备可以整个用于一个文件系统，或者进行精细划分。例如，一个磁盘可以分区为多个分区，每个分区保存一个文件系统。分区可以限定单个文件系统的大小，将多个文件系统类型放到一个设备中，或者将一个设备的一部分用作其它用途。包含文件系统的一个实体通常成为一个卷。每个卷可以看成是一个虚拟磁盘。每个包含一个文件系统的卷通常也包含系统中的文件信息。这个信息保存在设备目录中。目录和文件结构目录包含了卷中所有文件的信息，如文件名、位置、大小、类型等。在一个计算机系统中，可以有多个存储设备，每个存储设备都可以划分成为卷。这样，计算机可以有0个或多个文件系统，每个文件系统都可以是不同的类型。计算机中的文件系统可以是可扩展的。目录可以看成是将文件名映射成为目录入口的符号表。这样，我们可以看到可以用多种方式组织目录。这些组织方式允许我们插入、删除、查找、列出文件等操作目录和文件结构考虑目录结构，我们考虑可以在目录上执行的操作包括：查找文件创建文件删除文件列目录重命名文件遍历文件系统目录和文件结构目录的组织方式单层目录双层目录：主目录和用户文件目录树状结构目录，文件共享方式，link图状目录文件系统安装正如一个文件在使用前必须打开一样，一个文件系统在被系统中的进程使用前必须安装，必须创建目录结构，然后安装到文件系统名空间中，之后才能使用。安装过程通常比较直接：OS给设备一个名字和一个安装点，通常安装点时一个空目录，例如在unix中，一个文件系统可以安装到/home下然后，OS需要证实设备包含了可用的文件系统，为此，它要求设备驱动程序读入设备目录，判断设备目录为需要的格式。最后，OS告诉自己的目录结构，这个文件系统已装安装到了特定的安装点。文件共享多用户共享文件当OS提供多用户时，文件共享、文件命名和文件保护的问题出现。考虑一个可以让多用户共享文件的目录结构，系统必须境地文件共享的难度。系统可以缺省允许一个用户访问另外一个用户的文件，或者访问时需要授权，这就是文件访问控制和保护的问题。文件共享的问题，留给大家学习。文件保护当信息在计算机上存储时，我们需要它能抵抗物理损坏（可靠性）和非正常的使用（保护）。可靠性可以通过备份来完成，狠多计算机有可以同系统程序来定期将磁盘文件copy到其它存储介质上。存储介质的损坏可能有多重类型。文件保护文件的保护直接结果就是文件的访问能力。可以通过分析文件的方位类型来进行保护。通常文件的访问类型包括：读写执行追加删除列表最常用的保护方法是基于用户的身份来进行访问控制。文件保护ACL(AccessControlList）方式RoleBasedAccessControl