文件系统接口课件

11文件系统接口111文件系统接口1内容文件概念访问方法目录结构文件系统安装文件共享保护2内容文件概念211.1文件概念计算机将信息存储在几类非易失性介质中，例如：磁盘(硬盘、软盘)磁带光盘闪存（flash）文件是操作系统从设备物理属性中抽象出来的逻辑存储单元。311.1文件概念计算机将信息存储在几类非易失性介质中，例如：文件文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并具有文件名的一组有序信息的集合文件类型数据数字字符二进制文件程序源代码目标代码可执行程序4文件文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并具有文件名的文件无结构–字节(bytes)或者字(words)序列简单的记录结构行定长记录变长记录复杂结构格式化的文档可重定位文件5文件无结构–字节(bytes)或者字(words)序列5文件名：唯一的以人们可以理解的方式保存的信息类型：被支持不同类型的文件系统所使用位置：指向文件在设备上的存储位置的指针大小：当前文件的大小保护：控制对文件的读取，改写和执行的权限时间，日期和用户身份：保护和安全需要的数据文件的信息保存在磁盘上的目录结构中11.1.1文件属性6文件名：唯一的以人们可以理解的方式保存的信息11.1.1文件11.1.2文件操作基本操作创建(create):分配存储空间,在目录中创建条目改写(write)读取(read)重定位文件－文件搜索删除(delete)截短(truncate):保留文件属性，但长度变为0其它操作重命名(rename)拷贝(copy)扩展(append)711.1.2文件操作基本操作7文件操作很多操作系统要求在操作文件时调用打开（open）和关闭（close）系统调用打开文件（open）：在磁盘的目录结构里查找文件对应的表项，并将表项内容装入内存通常要求显式的打开文件关闭文件（close）：将内存中的文件条目保存到磁盘的目录结构中文件可以被显式的关闭，也可以在进程退出或者终止时隐式关闭8文件操作很多操作系统要求在操作文件时调用打开（open）和关打开文件表同一文件可以同时被多个用户名下的多个进程打开每进程一个独立的文件列表，用于跟踪当前进程打开的所有文件下一个读写的位置指向系统公用文件列表某条表项的指针系统公用的文件列表则包含了与进程无关的内容，如：在磁盘上存放的位置、访问时间、文件大小等一个被打开的计数用于跟踪打开本文件的进程数9打开文件表同一文件可以同时被多个用户名下的多个进程打开911.1.3文件类型文件名.扩展名DOS,Windows常见扩展名：.com.exe.bat.asm.c.objUnix,Linux常见扩展名：.c.o.tar.gzMacintosh常见扩展名：storecreator1011.1.3文件类型文件名.扩展名1011.1.4文件结构特定的文件必须遵守操作系统所能理解的特定结构如：可执行文件,DLL动态链接库1111.1.4文件结构特定的文件必须遵守操作系统所能理解的特定11.1.5内部文件结构逻辑块Unix将所有文件定义为简单的字节流物理块扇区,通常为512字节包–保存了许多逻辑块的多个物理块1211.1.5内部文件结构逻辑块1211.2访问方法顺序访问直接访问1311.2访问方法顺序访问1311.2.1顺序访问文件中的信息被按记录的顺序依次访问。通常提供的操作包括：readnext（读下一记录）writenext（写下一记录）reset(跳到文件头)skipforward（向前跳过n个记录，快进）skipbackward（向后跳过n个记录，快退）1411.2.1顺序访问文件中的信息被按记录的顺序依次访问。通常11.2.2直接访问直接访问(相对访问)允许程序快速读或者写记录，而不需要按照特定的顺序。通常提供的操作包括：readn（读取第n个记录）writen（写第n个记录）positionton（跳到第n个记录）readnext（读取下一个记录）writenext（写下一个记录）rewriten（重写第n个记录）n=信息存放的块号1511.2.2直接访问直接访问(相对访问)允许程序快速读或者通过直接访问模拟顺序访问cp是指当前文件块16通过直接访问模拟顺序访问cp是指当前文件块1611.2.3其它访问方法其它访问方法也能够通过直接访问来实现1711.2.3其它访问方法其它访问方法也能够通过直接访问来11.3目录结构文件组织分区(迷你磁盘、卷)可以小于、也可以大于物理磁盘驱动器一个逻辑的、虚拟的磁盘不同的分区可以存放多个操作系统目录分区上所有文件的名字、位置、大小、类型等信息1811.3目录结构文件组织18典型的文件系统组织左图：多个分区可共享一个磁盘右图：一个分区可以跨多个磁盘19典型的文件系统组织左图：多个分区可共享一个磁盘19目录目录是一个包含着所有文件信息的节点的集合F1F2F3F4Fn目录文件目录结构和文件都驻留在磁盘上，可通过磁带备份这两组结构20目录目录是一个包含着所有文件信息的节点的集合F1F2F3F设备目录中的信息名称类型地址当前长度最大长度最后访问时间数据最后更新时间所有者ID保护信息21设备目录中的信息名称21目录操作查找文件建立文件删除文件显示目录重命名文件遍历文件系统22目录操作查找文件2211.3.1单层目录一个目录对应所有用户

命名问题

分组问题2311.3.1单层目录一个目录对应所有用户命名问题2311.3.2双层目录为每个用户建立一个目录主文件目录(masterfiledirectory，MFD)用户文件目录(userfiledirectory，UFD)

路径名

不同用户的文件可以重名高效的查找

无法分组(用户可能需要共享文件)2411.3.2双层目录为每个用户建立一个目录路径名2411.3.3树型目录2511.3.3树型目录25树型目录高效的搜索分组能力当前目录(工作目录)cd/spell/mail/prog26树型目录高效的搜索26树型目录绝对路径从根路径开始相对路径从当前路径开始创建文件在当前目录下完成删除文件

rm<file-name>创建子目录在当前路径下完成

mkdir<dir-name>

例如:假如当前路径为/mail

mkdircountmailprogcopyprtexpcount删除“mail”目录表示删除从“mail”开始的所有子目录.27树型目录绝对路径从根路径开始mailprogcopyprt11.3.4无环图结构目录共享子目录和文件2811.3.4无环图结构目录共享子目录和文件28无环图结构目录文件可能拥有多个绝对路径名不同的文件名指向同一个文件问题磁盘利用率计算备份删除指向不存在文件的悬挂指针,甚至可能存在磁盘地址被重用29无环图结构目录文件可能拥有多个绝对路径名29Unix/Linux的解决方案硬链接(传统链接)一个文件只有在引用计数为0时才会被真正删除限制:仅仅限于文件，文件系统类型必须相同符号链接(软链接)可以跨文件系统（卷）可以链接到一个目录Windows使用类似的方法30Unix/Linux的解决方案硬链接(传统链接)3011.3.5普通图结构目录3111.3.5普通图结构目录3111.4文件系统安装一个文件系统必须首先安装（mount），然后才能够被访问在多个分区上创建目录结构未安装的文件系统将在安装点被安装，安装点即目录结构存放的位置例如mount/dev/hda5/mnt/diskDumount/dev/hda5umount/mnt/diskD3211.4文件系统安装一个文件系统必须首先安装（mount例子(Linux)existingunmountedpartitionmount/dev/…/users在文件系统被取消安装之前，安装点之前的内容变得不可见一个文件系统仅能被安装一次mountpoint33例子(Linux)existingunmountedpar11.5文件共享多用户系统中需要实现文件共享共享可以通过保护策略来完成3411.5文件共享多用户系统中需要实现文件共享3411.5.1多用户访问控制和保护所有者：可改变属性、赋予访问权限、拥有文件和目录的最高控制权组,系统用户的一个子集，可共享文件访问权限用户标识(uid)和组标识(gid)与用户进程或者线程关联一个用户可以在多个组内，这取决于操作系统3511.5.1多用户访问控制和保护35多用户用户ID（UID）和组ID（GID）和其它文件或者目录信息存放在一起当某个进程试图访问文件或目录时，将进程里的用户信息和文件或目录的属性进行比较，以决定该访问是否合法。36多用户用户ID（UID）和组ID（GID）和其它文件或者目录11.5.2远程文件系统在网络上的文件系统，远程文件和目录在本地机器上可见远程文件系统（remotefilesystem，RFS）分布式文件系统（distributedfilesystem，DFS）网络文件系统（networkfilesystem，NFS）3711.5.2远程文件系统在网络上的文件系统，远程文件和目录11.5.3一致性语义一个用户对数据的修改是否可以、何时可以被其它用户观察到3811.5.3一致性语义一个用户对数据的修改是否可以、何时可11.5.4Uni语义一个用户对打开文件的修改可以立即被其它用户看到有一种共享模式允许用户共享文件访问指针的当前位置如果一个用户移动了指针，将影响所有共享用户3911.5.4Uni语义一个用户对打开文件的修改可以立即被11.6保护文件所有者/创建者应当能够控制:可以对文件做什么（读、写…)哪些人拥有权限访问的类型读read写write执行execute扩展append删除delete显示列表list4011.6保护文件所有者/创建者应当能够控制:40访问列表和组访问模式:read,write,execute三类用户 RWX a)owneraccess 7 111

RWX b)groupaccess 6 110 RWX c)publicaccess 1 001管理员创建一个拥有唯一名字的组，组名为G，并将一些用户加入组内对一个特定文件或者目录（假定名称为game),定义恰当的访问模式ownergrouppublicchmod761game41访问列表和组访问模式:read,write,exec11.7小结文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并具有文件名的一组有序信息的集合文件是逻辑记录组成的序列一个逻辑记录可能是字节、行、定长或者变长结构等操作系统可以支持多种记录类型，或者由应用程序来支持基本文件操作:read,write...4211.7小结文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并小结目录用于组织文件单层两层：允许多用户树结构无环图硬链接,符号链接目录记录了文件的信息文件名、磁盘上的位置、长度、类型、所有者、创建时间、上次使用时间、访问控制列表等43小结目录用于组织文件43小结一个磁盘可被分成多个分区，一个分区（卷）可跨多个磁盘一个卷(文件系统)在使用前必须安装，取消安装后则不可访问44小结一个磁盘可被分成多个分区，一个分区（卷）可跨多个磁盘44小结文件共享依赖于操作系统提供的语义访问控制、保护文件属性:所有者(创建者),组用户标识、组标识:uid,gid访问的类型:read,write,execute,append,delete,list...45小结文件共享依赖于操作系统提供的语义4511文件系统接口4611文件系统接口1内容文件概念访问方法目录结构文件系统安装文件共享保护47内容文件概念211.1文件概念计算机将信息存储在几类非易失性介质中，例如：磁盘(硬盘、软盘)磁带光盘闪存（flash）文件是操作系统从设备物理属性中抽象出来的逻辑存储单元。4811.1文件概念计算机将信息存储在几类非易失性介质中，例如：文件文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并具有文件名的一组有序信息的集合文件类型数据数字字符二进制文件程序源代码目标代码可执行程序49文件文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并具有文件名的文件无结构–字节(bytes)或者字(words)序列简单的记录结构行定长记录变长记录复杂结构格式化的文档可重定位文件50文件无结构–字节(bytes)或者字(words)序列5文件名：唯一的以人们可以理解的方式保存的信息类型：被支持不同类型的文件系统所使用位置：指向文件在设备上的存储位置的指针大小：当前文件的大小保护：控制对文件的读取，改写和执行的权限时间，日期和用户身份：保护和安全需要的数据文件的信息保存在磁盘上的目录结构中11.1.1文件属性51文件名：唯一的以人们可以理解的方式保存的信息11.1.1文件11.1.2文件操作基本操作创建(create):分配存储空间,在目录中创建条目改写(write)读取(read)重定位文件－文件搜索删除(delete)截短(truncate):保留文件属性，但长度变为0其它操作重命名(rename)拷贝(copy)扩展(append)5211.1.2文件操作基本操作7文件操作很多操作系统要求在操作文件时调用打开（open）和关闭（close）系统调用打开文件（open）：在磁盘的目录结构里查找文件对应的表项，并将表项内容装入内存通常要求显式的打开文件关闭文件（close）：将内存中的文件条目保存到磁盘的目录结构中文件可以被显式的关闭，也可以在进程退出或者终止时隐式关闭53文件操作很多操作系统要求在操作文件时调用打开（open）和关打开文件表同一文件可以同时被多个用户名下的多个进程打开每进程一个独立的文件列表，用于跟踪当前进程打开的所有文件下一个读写的位置指向系统公用文件列表某条表项的指针系统公用的文件列表则包含了与进程无关的内容，如：在磁盘上存放的位置、访问时间、文件大小等一个被打开的计数用于跟踪打开本文件的进程数54打开文件表同一文件可以同时被多个用户名下的多个进程打开911.1.3文件类型文件名.扩展名DOS,Windows常见扩展名：.com.exe.bat.asm.c.objUnix,Linux常见扩展名：.c.o.tar.gzMacintosh常见扩展名：storecreator5511.1.3文件类型文件名.扩展名1011.1.4文件结构特定的文件必须遵守操作系统所能理解的特定结构如：可执行文件,DLL动态链接库5611.1.4文件结构特定的文件必须遵守操作系统所能理解的特定11.1.5内部文件结构逻辑块Unix将所有文件定义为简单的字节流物理块扇区,通常为512字节包–保存了许多逻辑块的多个物理块5711.1.5内部文件结构逻辑块1211.2访问方法顺序访问直接访问5811.2访问方法顺序访问1311.2.1顺序访问文件中的信息被按记录的顺序依次访问。通常提供的操作包括：readnext（读下一记录）writenext（写下一记录）reset(跳到文件头)skipforward（向前跳过n个记录，快进）skipbackward（向后跳过n个记录，快退）5911.2.1顺序访问文件中的信息被按记录的顺序依次访问。通常11.2.2直接访问直接访问(相对访问)允许程序快速读或者写记录，而不需要按照特定的顺序。通常提供的操作包括：readn（读取第n个记录）writen（写第n个记录）positionton（跳到第n个记录）readnext（读取下一个记录）writenext（写下一个记录）rewriten（重写第n个记录）n=信息存放的块号6011.2.2直接访问直接访问(相对访问)允许程序快速读或者通过直接访问模拟顺序访问cp是指当前文件块61通过直接访问模拟顺序访问cp是指当前文件块1611.2.3其它访问方法其它访问方法也能够通过直接访问来实现6211.2.3其它访问方法其它访问方法也能够通过直接访问来11.3目录结构文件组织分区(迷你磁盘、卷)可以小于、也可以大于物理磁盘驱动器一个逻辑的、虚拟的磁盘不同的分区可以存放多个操作系统目录分区上所有文件的名字、位置、大小、类型等信息6311.3目录结构文件组织18典型的文件系统组织左图：多个分区可共享一个磁盘右图：一个分区可以跨多个磁盘64典型的文件系统组织左图：多个分区可共享一个磁盘19目录目录是一个包含着所有文件信息的节点的集合F1F2F3F4Fn目录文件目录结构和文件都驻留在磁盘上，可通过磁带备份这两组结构65目录目录是一个包含着所有文件信息的节点的集合F1F2F3F设备目录中的信息名称类型地址当前长度最大长度最后访问时间数据最后更新时间所有者ID保护信息66设备目录中的信息名称21目录操作查找文件建立文件删除文件显示目录重命名文件遍历文件系统67目录操作查找文件2211.3.1单层目录一个目录对应所有用户

命名问题

分组问题6811.3.1单层目录一个目录对应所有用户命名问题2311.3.2双层目录为每个用户建立一个目录主文件目录(masterfiledirectory，MFD)用户文件目录(userfiledirectory，UFD)

路径名

不同用户的文件可以重名高效的查找

无法分组(用户可能需要共享文件)6911.3.2双层目录为每个用户建立一个目录路径名2411.3.3树型目录7011.3.3树型目录25树型目录高效的搜索分组能力当前目录(工作目录)cd/spell/mail/prog71树型目录高效的搜索26树型目录绝对路径从根路径开始相对路径从当前路径开始创建文件在当前目录下完成删除文件

rm<file-name>创建子目录在当前路径下完成

mkdir<dir-name>

例如:假如当前路径为/mail

mkdircountmailprogcopyprtexpcount删除“mail”目录表示删除从“mail”开始的所有子目录.72树型目录绝对路径从根路径开始mailprogcopyprt11.3.4无环图结构目录共享子目录和文件7311.3.4无环图结构目录共享子目录和文件28无环图结构目录文件可能拥有多个绝对路径名不同的文件名指向同一个文件问题磁盘利用率计算备份删除指向不存在文件的悬挂指针,甚至可能存在磁盘地址被重用74无环图结构目录文件可能拥有多个绝对路径名29Unix/Linux的解决方案硬链接(传统链接)一个文件只有在引用计数为0时才会被真正删除限制:仅仅限于文件，文件系统类型必须相同符号链接(软链接)可以跨文件系统（卷）可以链接到一个目录Windows使用类似的方法75Unix/Linux的解决方案硬链接(传统链接)3011.3.5普通图结构目录7611.3.5普通图结构目录3111.4文件系统安装一个文件系统必须首先安装（mount），然后才能够被访问在多个分区上创建目录结构未安装的文件系统将在安装点被安装，安装点即目录结构存放的位置例如mount/dev/hda5/mnt/diskDumount/dev/hda5umount/mnt/diskD7711.4文件系统安装一个文件系统必须首先安装（mount例子(Linux)existingunmountedpartitionmount/dev/…/users在文件系统被取消安装之前，安装点之前的内容变得不可见一个文件系统仅能被安装一次mountpoint78例子(Linux)existingunmountedpar11.5文件共享多用户系统中需要实现文件共享共享可以通过保护策略来完成7911.5文件共享多用户系统中需要实现文件共享3411.5.1多用户访问控制和保护所有者：可改变属性、赋予访问权限、拥有文件和目录的最高控制权组,系统用户的一个子集，可共享文件访问权限用户标识(uid)和组标识(gid)与用户进程或者线程关联一个用户可以在多个组内，这取决于操作系统8011.5.1多用户访问控制和保护35多用户用户ID（UID）和组ID（GID）和其它文件或者目录信息存放在一起当某个进程试图访问文件或目录时，将进程里的用户信息和文件或目录的属性进行比较，以决定该访问是否合法。81多用户用户ID（UID）和组ID（GID）和其它文件或者目录11.5.2远程文件系统在网络上的文件系统，远程文件和目录在本地机器上可见远程文件系统（remotefilesystem，RFS）分布式文件系统（distributedfilesystem，DFS）网络文件系统（networkfilesystem，NFS）8211.5.2远程文件系统在网络上的文件系统，远程文件和目录11.5.3一致性语义一个用户对数据的修改是否可以、何时可以被其它用户观察到8311.5.3一致性语义一个用户对数据