檔案和檔案系統

1.檔案（File）

    1.1 定義：儲存在外存上具有標識名的一組相關字元流或記錄的集合。可長期儲存和共享。

    1.2 分類：記錄式檔案、流式檔案。（按檔案結構劃分）

            #記錄式檔案：資料有4個結構層次：域（欄位）、記錄、檔案、資料庫。

                ##磁碟I/O時需將多條記錄組裝成塊才能I/O。以下是三種記錄組塊的方法。

                    ###固定組塊：記錄長度固定，若干完整的記錄放在一塊，塊後部可能會有內碎片。

                    ###可變長度跨域式組塊：記錄長度可變，儘可能佔滿一塊。有些記錄可能跨越兩塊，則用指標連結

                    ###可變長度非跨越式組塊：記錄長度可變，但不跨快，有塊內碎片。一個記錄的長度不能超過塊尺寸。

             #流式檔案：UNIX將所有檔案都看做由位元組流組成，如源程式。目的碼等。

2.檔案系統（File System）

 2.1 定義：OS（作業系統）中負責儲存，管理和操作檔案的一組系統實用程式及所需的資料結構。

    2.2 功能：

                （使用者角度）

              #建立、刪除、開啟、關閉、讀、寫檔案和目錄；

              #維護檔案屬性：檔名，所有者、建立/修改時間、訪問許可權，長度，外存地址等。

              #檔案的透明存取（按名存取）、共享與保護。

                （作業系統角度）

              #目錄管理，訪問（許可權）控制，訪問方法，檔案操作函式，記錄組塊，檔案分配，磁碟管理和排程。

3.目錄

#每個檔案都有一個目錄項（檔案控制塊FCB）用以儲存它的屬性。

#每個目錄本身也是一個檔案。目錄檔案是佔據整數個磁碟塊的記錄式檔案，內容是該目錄下所有檔案目錄項的集合。

（PS:即目錄本身是一個檔案，必須佔據整數個磁碟塊空間並且本身是記錄式檔案。目錄儲存的內容是什麼呢？儲存的是該目錄下所有檔案的目錄項的集合，即目錄儲存的是目錄項集合。）

#每一個目錄至少包含了當前目錄

#結構：樹形目錄。檔案由檔案路徑名和檔名標識。

4.訪問許可權

#訪問許可權層次：無許可權，知道檔案存在，執行，讀，在檔案尾追加資料，寫，更改其他使用者的訪問許可權，刪除檔案。

（每一項許可權都隱含了前面的許可權，即高許可權包括了低許可權。）

！#使用者刪除檔案時，OS不可能刪除此檔案所在的目錄，但可刪除與此檔案關聯的目錄項，檔案控制塊，記憶體緩衝區。

！#檔案首次被開啟時，OS會變檔案控制塊讀到記憶體中。

5.檔案分配

3種檔案分配方法：連續分配，連結分配，索引分配。

#連續分配

    ##為檔案分配一組相鄰的盤塊。（可用FF，BF，WF 分配方法。詳情可見 “作業系統——記憶體分配”）

    ##檔案屬性簡單：起始塊號，塊數。

    ##順序訪問和隨機訪問方便：尋道少，I/O快。（優點）

    ##磁碟外碎片多，需緊縮；檔案不能動態增長。（缺點）

！！#增加或刪除塊需要將所有後續塊向後移或向前移（先讀到記憶體在再寫回磁碟）。

#連結分配

##每個磁碟塊都有一個連結指標，將該檔案的多個離散磁碟塊連結成一個連結串列。

    ##動態分配：沒有外碎片（優點）；尋道多，I/O慢（缺點）。

！！#FCB中有<起始塊號>，下一塊的塊號存放在本次盤塊的末端。增加或刪除塊需要將所有前續塊讀到記憶體，讀取或修改一個塊的塊號。

#索引分配

##把所有磁碟塊的地址集中到索引塊中。

       ##沒有外碎片；隨機訪問。（優點）

       ##增加了索引塊的開銷。（缺點）

       ##基於單塊盤塊進行索引分配

        ##基於長度可變的（磁碟塊）分割槽進行索引分配

            同樣一個索引塊的開銷，可為檔案分配更多的磁碟塊。

6.磁碟空閒空間管理

#管理方法：點陣圖，空閒區鏈，索引表，空閒塊列表。

6.1.點陣圖（bitmap）

# 1bit => 1塊的狀態    0:空閒，1：已分配

    分配磁碟塊時：磁碟塊號 i = 字號*字長+位號

    回收i號磁碟塊時：字號 = INT （i/字長）,位號 = i mod 字長。

6.2空閒區鏈

#將所有空閒盤塊區形成一個連結串列。

6.3索引表

#將所有空閒盤塊區的“首塊號+塊數”放在一個索引表中。

6.4空閒塊列表

#將所有空閒盤塊數放在磁碟一個保留區裡。此表可部分複製到記憶體，可排序以實現連續分配。