Linux作業系統知識點五：作業系統的功能——檔案管理
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檔案是具有符號名的一組相關元素的有序序列，是一段程式或資料的集合。
檔案是儲存資訊的基本結構。
資訊包括相關記錄或者字元流。
檔案通過檔名標識。 -
檔案分類
（1）按檔案的資料形式分：原始檔、目標檔案、可執行檔案。
（2）按用途分：系統檔案、庫檔案、使用者檔案。
（3）按存取許可權分：只讀檔案、讀寫檔案、可執行檔案。
（4）按儲存時間分：臨時檔案、檔案檔案、永久檔案。
（5）按對檔案管理方式分：普通檔案、目錄檔案、特殊檔案。 -
檔案結構
邏輯結構：使用者可見（有結構檔案，即記錄式檔案。無結構檔案，即流式檔案。）
物理結構：使用者不可見（檔案的儲存結構，在外存上的儲存）
（1）順序（連續）檔案：把邏輯上連續的檔案資訊依次存放到連續的物理塊中。檔案內容的邏輯順序與物理儲存順序一致。
（2）串聯檔案：用非連續的物理塊來存放檔案資訊，可將物理塊用鏈指標相連結。（邏輯結構與物理結構不一致）
（3）索引檔案：基於一張索引表，表中每一欄指出檔案資訊所在的邏輯塊號和與之對應的物理塊號。索引表的物理位置則由檔案說明項給出。（邏輯結構與物理結構不一致）
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檔案系統：作業系統中管理磁碟或磁碟分割槽上的檔案的方法、資料結構和軟體。
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Linux檔案型別
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檔案屬性用於檔案的管理控制和安全保護。
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磁碟
（1）碟片（Disk）
是硬碟中承載資料儲存的介質。
（2）磁頭（Head）
是通過磁性原理讀取磁性介質上資料的部件。
（3）磁軌（Track）
當磁碟旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁碟表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁軌。
（4）扇區（Sector）
將一個碟片劃分為若干內角相同的扇形，稱為扇區。每個扇區中的資料作為一個單元同時讀出或寫入。扇區是硬碟資料儲存的最小單位。
（5）簇（Clust，或者磁碟塊，Block）
相鄰的扇區組合在一起，形成一個簇。每個簇可以包括2、4、8、16、32、64個扇區。
簇是屬於檔案系統層面的概念（一種抽象），是檔案系統中資料儲存的基本單位。一個簇中只能放置一個檔案的內容。
Linux中叫磁碟塊（簡稱為塊），大小通常為4KB（8個扇區）。
（6）柱面（Cylinder）
所有碟片上的同一磁軌構成一個圓柱，稱作柱面。資料的讀/寫按柱面從外向內進行，而不是按碟片進行。
磁頭定位時，首先確定柱面，再確定碟片，最後確定扇區。讀寫資料時，當前柱面全部寫滿後，將磁頭移動到下一個柱面。 -
檔案控制塊（File Control Block）是OS用來存放描述檔案、管理檔案的檔案屬性資訊的資料結構。
檔案 = FCB + 檔案內容（資料）。
FCB是檔案存在的唯一標誌。
FCB中包含的內容：基本資訊 、存取控制資訊、使用資訊。
（1）基本資訊
① 檔名
② 檔案實體地址和檔案的長度（位元組數或盤塊數）
③ 檔案邏輯結構
④檔案主識別符號和組識別符號
⑤ 檔案物理結構
(2) 存取控制資訊類
①檔案主的許可權
②一般使用者的許可權
(3) 使用資訊類
① 檔案建立日期及時間
② 檔案最近訪問日期及時間
③ 檔案最近修改日期及時間
④ 檔案連結次數 -
檔名是以目錄項
的形式存在的。
目錄項=檔名+索引節點號
檔名和索引節點分開儲存 -
索引節點：是一種資料結構，該結構將目錄中的檔名和其餘屬性資訊分離存放，以便分開載入。
OS對檔案的操作是通過索引節點（inode）而非檔名來完成的。
索引節點與檔案一一對應，每個索引節點都有唯一的編號，稱為索引節點號。
目錄項中存放檔名和索引節點號，而非索引節點內容。
使用者不能直接引用inode，而是通過檔名對檔案進行使用 -
檔案“按名存取”的實現
第一步，查詢目錄項，根據檔名找到檔案的inode號。（可能完成一個目錄樹的查詢過程）
第二步，根據inode號，訪問inode，得到檔案的屬性資訊，然後根據屬性資訊對許可權進行檢查。
第三步，驗證合法後，系統會計算出檔案的實體地址，完成對檔案的操作。 -
虛擬檔案系統（VFS：虛擬檔案系統轉換）
（1）VFS支援的檔案系統
磁碟的檔案系統
網路檔案系統
特殊檔案系統
（2）理解VFS需注意以下幾點：
VFS只存在於記憶體中，系統啟動後才建立。
VFS對邏輯檔案（具體檔案）系統進行抽象，並沒有真正存在於磁碟分割槽中。
VFS提供一致的介面，統一管理邏輯檔案系統。
（3）VFS中的資料結構
1.超級塊資料結構
超級塊描述已安裝的整個檔案系統的資訊。
是邏輯檔案系統在安裝時建立的，並在檔案系統解除安裝時被自動刪除，只存在於記憶體中。其資料結構是super_block 。
所有超級塊物件以連結串列的形式連結在一起。
2.索引節點（inode）結構
邏輯檔案系統的索引結點是存放在磁碟上的，是一種靜態結構。要使用它，必須調入記憶體，填寫VFS的索引結點。因此，VFS索引結點是動態結點。
VFS索引節點存放關於具體檔案的一般資訊，其資料結構為inode。
3.目錄項（dentry）結構
每個檔案除了有一個索引節點inode資料結構外，還有一個目錄項dentry資料結構。
inode結構記錄的是檔案物理上的屬性，dentry結構描述的是檔案邏輯上的屬性。
一個dentry只能和一個inode對應。但一個inode可以對應多個dentry。
4.檔案（file）結構
Linux所有檔案操作都基於檔案描述符（file descriptor，簡稱fd）,它是一個整數。
Linux專門定義file資料結構，儲存檔案開啟後文件讀寫位置（偏移量）等資訊。這個結構稱為開啟的檔案描述（open file description）。
每個程序開啟檔案後都對應一個file結構。
5.小結
超級塊是對一個檔案系統的描述。
索引節點是對一個檔案物理屬性的描述。
目錄項是對一個檔案邏輯屬性的描述。
一個程序（或使用者）開啟的檔案是由files_struct來描述。
整個系統所開啟的檔案是由file結構來描述。