操作系统-文件系统
计算机操作系统文件系统基础知识了解文件系统的基本概念和组织方式
计算机操作系统文件系统基础知识了解文件系统的基本概念和组织方式计算机操作系统中的文件系统是管理计算机存储设备上数据的一种组织方式。
它负责文件的存储、访问和管理，是操作系统中非常重要的一部分。
本文将介绍文件系统的基本概念和组织方式。
一、文件系统的基本概念文件系统是操作系统中的一个模块，它提供了一种机制来访问和组织计算机存储器中的文件。
文件系统通过使用文件名和文件目录来组织和管理文件。
1. 文件文件是计算机存储设备中存储的最基本的信息单元。
文件可以包含文本、图像、音频、视频等各种类型的数据。
在文件系统中，文件通过唯一的文件名进行标识，用户可以通过文件名来访问文件。
2. 文件名文件名是文件系统中用来标识文件的字符串。
文件名一般由文件的逻辑名和扩展名组成，如“document.txt”。
文件名的组成方式和长度限制根据不同的文件系统而有所不同。
3. 文件目录文件目录是文件系统中用来组织和管理文件的一种方式。
文件目录是一个层次结构，它由多个目录和文件组成。
通过文件目录，用户可以方便地查找和管理文件。
4. 文件路径文件路径是指文件在文件系统中的位置。
文件路径由目录名和文件名组成，以斜杠或反斜杠分隔各个部分。
例如，“/home/user/document.txt”是一个文件的路径。
二、文件系统的组织方式文件系统的组织方式决定了文件在存储设备上的物理位置以及文件间的关系。
常见的文件系统组织方式有顺序文件系统、索引文件系统和树形文件系统等。
1. 顺序文件系统顺序文件系统是指文件在存储设备上按照顺序存放的一种组织方式。
文件按照创建的顺序存放在磁盘上，需要顺序扫描才能找到对应的文件。
顺序文件系统的优点是存取速度较快，但是删除和插入操作比较困难。
2. 索引文件系统索引文件系统是指为每个文件建立一个索引表，通过索引表来管理和访问文件的一种组织方式。
索引表中记录了文件的物理位置信息，用户可以通过索引表进行文件的定位和访问。
索引文件系统的优点是查找速度较快，但是需要额外的空间来存储索引表。
操作系统原理9-文件系统
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9.1.3 文件系统 通用文件系统应具有以下功能： 1、提供用户对文件操作的命令； 2、提供用户共享文件的机制； 3、管理文件的存储介质； 4、提供文件的存取控制的机制，保障文件及文件系统的 安全性； 5、提供文件及文件系统的备份和恢复功能； 6、提供对文件的加密和解密功能。
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9.2 文件的逻辑组织与存取方法 9.2.1 文件的组织 可以用两种不同的观点去进行研究文件结构 用户观点: 是研究用户“思维”中的抽象文件，或称逻辑文件，其研 究的侧重点在于为用户提供一种逻辑结构清晰、使用简 便的逻辑文件形式。用户将按照这种形式去存储、检索 和加工有关文件中的信息。 实现观点: 是研究驻留在设备“介质”中的实际文件，或称物理文件 。它研究的侧重点是选择一些工作性能良好、设备利用 率高的物理文件形式。系统将按照这种形式同外部设备 打交道并控制信息的传输
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9.1.3 文件系统 9.1.3 文件系统 文件系统是操作系统中负责管理和存取文件信息的软件 机构，它是由管理文件所需的数据结构和相应的管理软 件以及访问文件的一组操作组成。 从系统的角度看：文件系统是一个负责文件存储空间管 理的机构。 从用户的角度看：文件系统是用户在计算机上存储信息 、和使用信息的接口。
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9.6 文件目录 9.6.1 文件目录及内容 文件目录项：
1.文件名 2.文件的大小，单位：字节 3.文件在物理存储介质中的位置 。取决于文件的物理结构 。 对于连续文件：文件起始块号（ 即文件的第一个物理块块号）； 对于串联文件：指向第一个物理 块的指针； 对于索引文件：索引表。 4.存取控制信息 文件主和其它用户对该文件的访 问权限。 5.管理信息 包含文件创建的日期和时间，最 近修改该文件的日期和时间等。 6.文件的类型
计算机操作系统文件系统了解文件管理和存储的原理
计算机操作系统文件系统了解文件管理和存储的原理计算机操作系统的文件系统是一种用于管理和存储计算机文件的机制。
它将文件组织成一个层次结构并提供了对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
了解文件管理和存储的原理对于使用计算机的人来说是非常重要的。
本文将介绍文件系统的基本原理以及其在计算机操作系统中的作用。
一、文件系统的基本原理文件系统可以理解为一种虚拟的存储器，它通过记录文件的存储位置和相关属性来管理文件。
文件系统通常由文件、目录和文件描述符等组成。
1. 文件：文件是指一组有关联的数据的集合，可以是文本文件、图像文件、音频文件等。
文件在计算机中被划分为连续的块，每个块可以存储一部分文件数据。
2. 目录：目录是一种用于组织文件的结构。
它可以包含文件和其他目录。
通过目录，用户可以方便地找到所需的文件。
目录可以看作是一个树状结构，根目录位于最上层，下面是一些子目录和文件。
3. 文件描述符：文件描述符是操作系统为每个文件维护的一种数据结构。
它包含了文件的各种属性信息，比如文件大小、创建时间、修改时间等。
通过文件描述符，操作系统可以对文件进行管理和控制。
二、文件管理的原理文件管理是指对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
计算机操作系统提供了一系列的系统调用来实现文件管理。
1. 创建文件：当用户需要创建一个新文件时，操作系统将为该文件分配一个唯一的文件名和一个文件描述符。
此时，文件系统会分配一部分空闲的存储空间来保存文件的数据。
2. 读取文件：当用户需要读取一个文件时，操作系统根据文件的文件名和文件描述符找到文件的存储位置，并将文件的数据读取到内存中供用户使用。
3. 写入文件：当用户需要向一个文件写入数据时，操作系统根据文件的文件名和文件描述符找到文件的存储位置，并将用户提供的数据写入到文件中。
4. 删除文件：当用户不再需要一个文件时，可以通过删除文件的方式来释放文件占用的存储空间。
操作系统会将文件的存储空间标记为可用，并从文件系统中删除该文件的相关信息。
计算机操作系统文件系统
计算机操作系统文件系统计算机操作系统的文件系统是指用于管理和组织计算机存储设备上文件和目录的一套规则和结构。
文件系统使我们能够方便地存储、访问和管理文件，是操作系统的重要组成部分。
在本文中，我将介绍几种常见的计算机操作系统文件系统。
一、FAT文件系统FAT文件系统是一种非常简单和普遍使用的文件系统，广泛应用于MS-DOS和Windows操作系统中。
它最初被设计用于处理软盘的访问和管理，后来逐渐扩展到硬盘和其他存储媒体上。
FAT文件系统的特点是兼容性好，支持多个操作系统平台的文件共享。
然而，由于其简单性和传统性，FAT文件系统也存在一些缺点，比如文件大小受限制，磁盘空间利用率较低等。
二、NTFS文件系统NTFS文件系统是Windows NT系列操作系统中使用的一种高级文件系统。
相对于FAT文件系统，它具有更强大的功能和更好的性能。
NTFS文件系统支持更大的文件大小和更高的磁盘容量，同时还提供了更高的数据安全性和可靠性。
NTFS文件系统还采用了一些先进的技术，如磁盘空间动态分配、文件压缩和加密等。
它是目前Windows操作系统中最常用的文件系统。
三、EXT文件系统EXT文件系统是Linux操作系统中广泛使用的一种文件系统类型。
EXT文件系统的全称是Extended File System，有多个版本，如EXT2、EXT3、EXT4等。
每个版本都在前一个版本的基础上进行改进和优化。
相对于FAT和NTFS文件系统，EXT文件系统具有更高的性能和更好的可靠性。
它支持更大的文件大小和更高的文件系统容量，同时还具备更好的文件系统日志和数据恢复功能。
四、HFS+文件系统HFS+文件系统是苹果公司的操作系统（如Mac OS X）中使用的一种文件系统。
HFS+全称是Hierarchical File System Plus，是HFS文件系统的改进版。
HFS+文件系统采用了B+树索引结构，提供了更高的文件系统性能和更好的磁盘空间利用率。
操作系统文件系统管理
操作系统文件系统管理1. 引言操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理计算机的硬件资源，包括文件系统的管理。
文件系统是指操作系统用来组织和管理计算机存储设备上数据的一种机制。
本文将探讨操作系统的文件系统管理，在提供高效访问和安全性的同时，确保数据的完整性和可靠性。
2. 文件系统概述文件系统是指操作系统对计算机存储设备上数据的组织和管理方式。
它提供了一种逻辑结构，使得用户可以方便地访问存储设备上的文件和目录。
文件系统的核心任务是文件的存储和访问管理，以及对文件进行保护和维护。
3. 文件的组织和管理文件系统通过文件的组织和管理来满足用户的需求。
文件系统采用层次化的目录结构来组织文件，使得用户可以方便地查找和访问所需的文件。
文件系统也提供了对文件的创建、复制、删除和重命名等操作，以及对文件属性的管理，如读写权限、创建时间等。
4. 文件的存储管理文件的存储管理是文件系统的核心功能之一。
文件系统将文件分成若干个逻辑块，并将这些块存储在物理存储设备上。
文件系统使用文件分配表（FAT）或索引节点（inode）来管理文件的存储位置。
文件系统还会进行文件的碎片整理和压缩，以提高存储效率和性能。
5. 文件的读写操作文件系统提供了文件的读写操作，使得用户可以通过应用程序对文件进行读取和修改。
文件读写操作需要经过文件系统的缓存管理，以提高访问速度和性能。
文件系统还提供了对文件的锁定机制，以防止多个进程同时对同一文件进行读写，保证数据的一致性和完整性。
6. 文件系统的安全性和权限管理文件系统通过安全性和权限管理来保护文件的机密性和完整性。
文件系统使用访问控制列表（ACL）来定义文件的访问权限，只有具有相应权限的用户才能对文件进行访问和修改。
文件系统还使用加密技术对敏感文件进行加密，以防止未经授权的访问和泄露。
7. 文件系统的备份和恢复文件系统提供了文件的备份和恢复机制，以防止数据的丢失和损坏。
文件系统可以进行全盘备份或增量备份，将数据保存在外部存储介质上。
操作系统的文件系统
操作系统的文件系统操作系统的文件系统是指操作系统用于管理计算机的文件和目录的一种机制。
文件系统可以在存储介质上存储和组织文件，使得用户可以方便地访问和管理这些文件。
本文将介绍文件系统的基本概念、特点以及常见的文件系统类型。
一、文件系统的基本概念文件系统是指操作系统将计算机存储介质分割成若干个逻辑存储区域，并为每个逻辑存储区域分配一个唯一的标识符。
这些逻辑存储区域被用来存储文件和目录，并且可以根据用户的需求进行管理和操作。
文件系统中的基本单位是文件。
文件可以是文本文件、图像文件、音频文件等，在文件系统中以一个唯一的文件名来标识。
每个文件又可以包含若干个数据块，文件系统通过索引表来记录这些数据块在存储介质中的位置。
文件系统还包括目录结构，用来组织和管理文件。
目录是一个特殊的文件，它包含了其他文件和目录的相关信息，通过目录可以方便地查找和访问文件。
二、文件系统的特点1. 层次化：文件系统通常采用多级目录结构，将文件和目录组织成树形结构。
这种层次化的结构使得用户可以方便地组织和管理文件。
2. 文件共享：文件系统可以实现文件的共享，多个用户可以同时访问同一个文件。
文件系统通过权限控制，可以限制用户对文件的访问权限，保护文件的安全性。
3. 容错性：文件系统通常具有容错能力，即使存储介质出现故障，也可以通过文件系统的技术手段进行修复和恢复。
常见的容错技术包括冗余磁盘阵列（RAID）和文件系统日志等。
4. 性能优化：文件系统可以通过各种技术手段提高文件的访问效率。
例如，使用缓存技术可以减少磁盘IO操作，使用索引表可以快速查找文件所在的位置。
三、常见的文件系统类型1. FAT文件系统：FAT（File Allocation Table）文件系统是由微软公司开发的一种简单易用的文件系统。
FAT文件系统采用表格的方式记录文件的分配情况，具有良好的兼容性和可移植性。
2. NTFS文件系统：NTFS（New Technology File System）是微软公司在Windows NT操作系统中引入的一种高级文件系统。
计算机操作系统的文件系统是什么请解释几种常见的文件系统类型
计算机操作系统的文件系统是什么请解释几种常见的文件系统类型计算机操作系统是一种管理和控制计算机硬件与软件资源的程序，它负责协调各个软件和硬件组件之间的交互。
其中一个重要的组成部分就是文件系统。
文件系统是操作系统用于管理和存储文件及其相关信息的方法和数据结构。
文件系统的主要作用是将存储设备上的空间划分为逻辑块，并为用户提供将文件存储到这些块中、从中读取文件以及管理文件信息的接口。
同时，文件系统还负责维护文件的层次结构、实现数据的组织和访问、文件的权限控制，以及对数据进行持久化存储等功能。
下面将介绍几种常见的文件系统类型。
1. FAT文件系统（File Allocation Table）FAT文件系统是一种最早应用于个人电脑的文件系统，它采用了一种称为"文件分配表"的数据结构来管理存储设备上的文件。
FAT文件系统被广泛应用于各种操作系统中，例如DOS、Windows的早期版本等。
FAT文件系统简单易用，但是对于大容量存储设备的支持效果相对较差。
2. NTFS文件系统（New Technology File System）NTFS文件系统是由微软开发的一种较新的文件系统，它是Windows操作系统的默认文件系统。
NTFS文件系统支持更高的安全性和可靠性，能够存储更大容量的文件和分区，并提供了更好的错误检测和修复功能。
此外，NTFS文件系统还支持对文件和目录的权限控制。
3. ext文件系统（Extended File System）ext文件系统是一种常见的Linux操作系统所采用的文件系统类型。
其包括多个版本，例如ext2、ext3和ext4。
ext文件系统具有较好的稳定性和可靠性，支持更大容量的存储设备，能够提供更好的性能和扩展性，同时还具备对文件的权限控制和错误检测修复功能。
4. APFS文件系统（Apple File System）APFS文件系统是苹果公司在macOS和iOS等操作系统中采用的一种新型文件系统，用于替代之前的HFS+文件系统。
操作系统课程设计文件系统
操作系统课程设计：文件系统一、引言文件系统是操作系统中的一个重要组成部分，负责管理计算机存储设备上的文件和目录。
一个高效可靠的文件系统对于操作系统和用户来说都至关重要。
在操作系统课程中，设计一个文件系统是一项重要的任务，可以帮助学生深入了解文件系统的原理和实现细节。
本文档将介绍一个简单的文件系统设计，旨在帮助初学者理解文件系统的基本概念和工作原理。
我们将首先介绍文件系统的基本概念，然后讨论文件系统的设计思路和关键组成部分。
最后，我们将讨论如何实现和测试文件系统。
二、文件系统的基本概念文件系统是操作系统提供的一种存储管理机制，用于将文件组织成有层次的结构并提供对文件的访问和管理。
在一个文件系统中，文件被组织成目录（或文件夹）的层次结构，用户可以使用文件路径来访问文件和目录。
文件系统通常提供以下功能： - 文件和目录的创建、删除和重命名 - 文件和目录的读取和写入 - 文件和目录的权限管理 - 文件的共享和保护 - 文件的存储管理三、设计思路在设计文件系统时，需要考虑以下几个关键方面：1. 文件系统的组织结构文件系统可以采用不同的组织结构，常见的包括层次结构、网络结构和日志结构。
在设计文件系统时，需要根据具体需求选择合适的结构。
2. 文件和目录的管理文件系统需要提供对文件和目录的管理功能，包括创建、删除、重命名和移动等操作。
此外，还需要支持文件和目录的权限管理，确保只有授权用户可以进行相应操作。
3. 文件的存储管理文件系统需要负责将文件存储在磁盘或其他存储设备上，并提供高效的读写操作。
存储管理的关键是如何将文件划分为适当大小的块并将它们存储在存储设备上。
4. 文件的共享和保护文件系统需要支持文件的共享和保护。
共享可以使多个用户同时访问同一文件，保护则确保只有合法用户可以进行读写操作。
四、文件系统的关键组成部分一个典型的文件系统通常由以下几个关键组成部分构成：1. 文件控制块（FCB）文件控制块是文件系统中一个重要的数据结构，用于记录文件的相关信息，包括文件名、大小、权限和存储位置等。
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文件存取方法
• 顺序存取
– 存取操作在上次的基础上进行 – 系统设置读写指针，指向要读出或写入的字节位置或 记录位置。
• 直接存取
– 快速地以任意次序直接读写某条记录，对文件读/写的 次序没有任何限制
• 索引存取
– 基于索引文件的存取方法 – 用户提供记录名或记录键，按名搜索，找到所需要的 记录
• 特别文件
– 指各类外部设备文件 – 将所有I/O设备统一在文件系统下
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文件名与文件类型
• 各个操作系统的文件命名规则略有不同 • 文件名一般由文件名称和扩展名称组成， 两者中间以”.”分割，如”myfile.doc, command.exe”
– 文件名用于识别文件 – 扩展名用于区分文件类型
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文件名
由字符（除了/）构成的字符串，有可能是大小写 敏感的 /
usr dmr wm4
.profile
tmp
foo
etc
who
foo who date .profile
bin
date
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文件属性
• 文件名
– 唯一用户可读的信息
• 文件标识
– 文件系统内的唯一标识
• 类型
– 普通文件、目录文件、设备文件
• 假设物理块大小为1024字节，则每个块能 存放1024/16=64个记录 • 一共需要18750个物理块 • 如果文件记录按无序的方式存放，则平均 需要检索600000条记录才能找到 • 如果文件记录按顺序存放，并且为文件建 立索引，索引的下标表示逻辑块号，而索 引表项的值存放的是该逻辑块里第一条记 录的UPC
– 给出文件名以及内存地址，用于存放读出的下一个文件块 – 文件系统查找目录，找到对应的文件目录项 – 系统保存一个读指针，指出下一个读操作开始的位置
• 读指针每个进程都不一样
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文件操作(cont)
• 重定位(repositioning, seek)
– 查找文件目录，找到对应的目录项，将当前文件位置 指针修改为给定的值 – 文件重定位并不涉及真正的I/O操作
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0001320000, 100.05 …….
64条记录
0001320000 0100012500 …. 2053465405 2457736491 ….. 索引
0100012500, 203.13 …….
…….
2053465405, 511.89 ……. 2353765401, 243.00 ……. 2457736491, 113.04 ……. …..
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大纲
• • • • • • 文件与文件系统 文件目录的组织方式 文件的逻辑组织方式 文件的物理组织方式 文件空间管理方法 文件系统调用的实现
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文件系统
• 文件系统的功能：
– – – – – – – – 文件的按名存取 文件目录的建立和维护 文件的查找和定位 文件存储空间的分配和管理 提供文件的存取方法和文件存储结构 实现文件的共享、保护和保密 提供一组易用的文件操作和命令 提供与设备管理交互的统一接口
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文件的概念
• 文件是操作系统对所存储的信息对外提供的统一 逻辑视图 • 文件由是由文件名标识的一组存储在二级存储设 备上的信息的集合 • 从用户的角度，文件是逻辑二级存储设备最小的 分配单元 • 用户按名存取文件，操作系统负责文件名到物理 存储位置的映射 • 文件是由位串、连续的字节、行、或记录构成的 集合，文件内容的含义取决于文件创建者
• 位置
– 指向文件的位置，包括设备以及设备上的位置
• 大小
– 当前长度和允许的最大长度
• 权限
– 访问控制信息，例如谁可以读、写、执行文件等
• 时间
– 文件的创建时间，最后修改时间，最后使用时间等
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文件属性
• 与文件相关的所有信息保存在文件目录结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ构中 • 文件目录通常包含文件名和文件标识两部 分 • 文件标识用于定位其它属性
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索引存取（续）
• 例如，一个零售商品价格的文件 • 每条记录包含两个部分
– UPC（商品代码）--10字符长 – 价格—6个字符存储
• 假设有1200000条记录 • 则文件大小为16*1200000=19.2M • 如何快速地读取商品代码为”2353765401” 的价格？
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索引存取（续）
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文件类型
• 按用途分
– 系统文件 – 库文件 – 用户文件
• 按保护级别分
– 只读文件 – 读写文件 – 不保护文件
• 按数据类型分
– 源程序文件 – 目标文件 – 可执行文件
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UNIX/Linux的文件类型
• 普通文件
– ASCII文件 – 二进制文件
• 目录文件
– 由文件目录所构成的用来维护文件系统结构的 系统文件
• 删除文件(delete)
– 查找文件目录，找到给定文件名对应的目录项 – 释放文件所占用的所有空间 – 删除对应的目录项
• 清空文件
– 删除文件内容，但保留其属性（长度除外）
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文件操作(cont)
• • • • 追加(appending) 重命名(renaming) 拷贝(copy) 获取和修改文件属性(get/set attribute)
文件系统
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本章教学目标
• • • • • • 理解文件的概念 理解文件目录的概念和组织方式 理解文件的逻辑结构和组织方式 掌握文件的物理结构和组织方式 理解文件空间管理的方法 理解Linux文件系统中文件系统调用
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文件系统的问题
• 文件逻辑上的组织方式？ – 字节流形式？ 固定记录长度？ 可变记录长度 • 文件的访问模式 – 顺序访问？ 随机访问？ • 众多的文件如何有序地进行组织和管理？ – 文件目录结构 • 文件如何进行共享和保护? – 访问控制权限 • 文件在物理磁盘上如何存储？ • 如何分配物理磁盘的空间？ • 给定文件名和逻辑记录号或逻辑块号，如何转换到文件 的物理位置？
2353765401
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大纲
• • • • • • 文件与文件系统 文件目录的组织方式 文件的逻辑组织方式 文件的物理组织方式 文件空间管理方法 文件系统调用的实现
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文件操作
• 创建文件(create)
– 从文件系统中找到存放文件的空间（空间分配问题） – 在目录中为该文件添加新目录项
• 写文件(write)
– 给出文件名和需要写入文件的信息 – 文件系统查找目录，从文件目录项中找到文件的位置 – 文件系统保存了一个写指针，指出下一个写操作开始的位置
• 读文件(read)