操作系统学习笔记：第十二章文件系统管理与设计

文件系统

内容比较多&＃xff0c;老师讲得比较浅。

1. 基本概念

• 文件系统和文件
  • 文件系统&＃xff1a;一种用于持久性存储的系统抽象
  • 文件&＃xff1a;文件系统中一个单元的相关数据在操作系统中抽象
  • 文件系统的功能&＃xff1a;
    • 分配文件磁盘空间&＃xff08;管理文件块&＃xff1b;管理空闲空间&＃xff1b;分配算法&＃xff09;
    • 管理文件集合&＃xff08;定位&＃xff1b;命名&＃xff1b;最常见的是分层文件系统&＃xff09;
    • 提供便利及特征&＃xff08;保护&＃xff1b;可靠性/持久性&＃xff09;
  • 文件和块&＃xff1a;文件属性&＃xff0c;存储在文件块中&＃xff0c;表示文件的表征属性
• 文件描述符&＃xff1a;【内容较多&＃xff0c;只记录部分】&＃xff08;用户角度&＃xff09;需要元数据数据来管理打开文件
  • 文件指针&＃xff1a;指向最近的一次读写文职&＃xff0c;每个打开了这个文件的进程都这个指针
  • 文件打开计数&＃xff1a;记录文件打开的次数。当最后一个进程关闭了文件时&＃xff0c;允许将其从打开文件表中移除
  • 文件磁盘位置&＃xff1a;缓存数据访问信息
  • 访问权限&＃xff1a;每个程序访问模式信息
• 目录
  • 文件以目录的方式组织起来。目录是一类特殊的文件。早期的文件系统是扁平的&＃xff0c;只有一层目录。采用目录可以建立层次结构。目录是文件名的线性表&＃xff0c;包含了指向数据块的指针。
  • 典型操作&＃xff1a;搜索、拆功能键、删除、重命名文件&＃xff1b;枚举目录&＃xff1b;在文件系统中遍历一个路径。
  • 操作系统应该只允许内核模式修改目录&＃xff1a;确保映射的完整性&＃xff1b;应用系统可以读目录&＃xff08;例如ls&＃xff09;
• 文件别名
  • 多个文件名关联同一个文件。有两种实现方式&＃xff1a;硬链接&＃xff08;多个文件项指向一个文件&＃xff09;&＃xff1b;软链接&＃xff08;以“快捷方式”指向其他文件&＃xff09;。
• 文件系统种类
  • 磁盘文件系统
  • 数据库文件系统
  • 日志文件系统
  • 网络/分布式文件系统
  • 特殊/虚拟文件系统

2. 虚拟文件系统

• 目的&＃xff1a;将复杂的不同类型的系统抽象&＃xff0c;通过建立虚拟文件系统&＃xff0c;提供文件系统API&＃xff0c;屏蔽底层系统的差异性&＃xff0c;使得系统应用层面更广。
• 功能&＃xff1a;
  • 提供相同的文件和文件系统接口
  • 管理所有文件和文件系统关联的数据结构
  • 高效查询例程&＃xff0c;遍历文件系统
  • 与特定文件系统模块的交互
• 基本文件系统包括&＃xff1a;卷控制块 superblock&＃xff1b;文件控制块 vnode/inode&＃xff1b;目录节点 dentry

3. 数据缓存

• 数据块按需读入内存
• 数据块使用后被缓存
• 两种数据块缓存方式
  • 普通缓冲区缓存
  • 页缓存&＃xff1a;统一缓存数据块和内存页

4. 打开文件的数据结构

存在锁机制

5. 文件分配

对文件的管理。即如何为一个文件分配数据块

分配方式

• 连续分配
• 链式分配
• 索引分配

指标&＃xff1a;

• 高效&＃xff1a;如存储利用
• 表现&＃xff1a;如访问速度

6. 空闲空间列表

主要体现在磁盘管理。用位图/链式管理空闲空间。

7. 多次盘管理 - RAID

通常磁盘通过分区来最大限度减小寻道时间。

文件系统由分区组成。分区即为硬件磁盘的一种适合操作系统指定格式的划分

卷&＃xff1a;一个拥有一个文件系统实例的可访问的存储空间&＃xff0c;通常常驻在磁盘的单个分区上。

使用多个并行磁盘来增加吞吐量&＃xff0c;通过冗余的方式提高可靠性和可用性。由此产生 冗余磁盘阵列RAID的概念。

8. 磁盘调度

算法与进程调度相似&＃xff0c;执行对象为磁盘检索。

电梯算法、SSTF\SCAN\CSCAN\FSCAN\N-Step-SCAN等算法