UNIX文件系统.ppt

1、Unix文件系统,UNIX 文件系统,此讲义用于教学，任何人未经作者同意，不得用于商业行为或赢利性活动。 牛纪桢 大连理工大学计算机系 。,Unix文件系统,UNIX 文件分类 UNIX文件目录结构 UNIX 文件逻辑结构 UNIX文件物理结构 UNIX文件存储器管理 UNIX文件系统调用,UNIX 文件系统,Unix文件系统,UNIX 文件分类,普通文件（文本，图像，代码，声音） 目录文件 设备文件（字符设备，块设备）,Unix文件系统,UNIX 文件逻辑结构,无结构的流式文件 由顺序的字节流构成,读写系统调用须指定字节数 read(fd,string,n),read(fd,s,5),Uni

2、x文件系统,UNIX文件物理结构,多重索引结构,i-addr13,i-_addr0,i-_addr10,i-_addr1,i-_addr12,i-_addr11,设块物理地址用四个字节表示，每个索引块可表示128块,5120B,512*128=64K,512*128*128=8M,512*1283 =1G,180块的文件占多少磁盘块？,Unix文件系统,文件的目录结构,/,lib,/,usr,student,etc,UNIX,bin,dev,tmp,s1,sn,d1,f1,lib,bin,ls,sh,passwd,init,hda,Unix文件系统,目录文件与索引节点（i节点）,目录文件 (每

3、项16B),i节点(64B),为什么采用这种结构?,这可能是什么文件?,Unix文件系统,目录文件与索引节点(续),文件: /s1/d1/file1,/ 文件,s1:i_node,s1文件,d1:i_node,d1文件,file1:i_node,file1文件,设file1为5块，至少需读盘多少次？最多呢？,Unix文件系统,文件存储器管理空白块成组链接法,卷资源表filsys,50,49,Unix文件系统,磁盘文件索引节点（i_node),Struct dinode i_mode; 权限（主人，组员，其它人） i_addr13; 物理地址 i_nlink; 共享计数 i_uid; 用户 i_

4、gid; 组 i_size; 大小 i_atime; 访问时间 i_mtime; 修改时间 i_ctime; 建立时间 ,Unix文件系统,卷资源表（超级块）,struct filsys 文件卷总块数； i节点表块数； 空闲块总数 空闲块栈区； 空闲i节点总数； 空闲i节点数组指针； 修改，互斥标志等 ,Unix文件系统,磁盘结构,引导块 超级块 i节点区 数据块,目录文件放在哪儿？,Unix文件系统,内存文件数据结构（1）,每个进程 user中: u_ofileN ;用户打开文件表 u_cdir; 当前目录 u_base; 内存地址 u_count; 存取字节数 系统调用 u_offset;

5、 文件指针,Unix文件系统,内存文件数据结构（2）,一个系统打开文件表file struct file f_flag; 读写标志 f_count;共享该读写指针的进程数 f_inode; 活动i节点号 f_offset; 读写指针 ,Unix文件系统,内存文件数据结构（3）,每个打开文件一个活动i节点 struct inode dinode; 磁盘i节点拷贝，去掉时间信息 i_dev; i节点所在设备号 i_number;磁盘i节点编号 i_count; file 中共享i节点的个数 i_flag; i节点在内存是否被修改 i_lastr; 最后一次读的磁盘块号 ,Unix文件系统,内存文件

6、数据结构的关系,2,Unix文件系统,文件系统调用,建立文件：creat 删除文件：unlink 读文件：read 写文件： write 打开文件：open 关闭文件：close 文件指针定位：lseek 文件连结：link 设置文件权限：chmod 建立管道文件：pipe 复制文件fd:dup,Unix文件系统,建立文件creat,fd=creat(filename,mode)=,-1 失败 u_ofile下标,申请一个i_node 填写i_node 修改目录文件 打开文件,例：int fd; fd=creat(“file1”,0740);,Unix文件系统,打开文件open,fd=open

7、(filename,mode)=,-1 失败 u_ofile下标,mode=,0-读 1-写 2-读写,进行权限检查 若活动i节点存在：i_count+; 否则：找到磁盘i节点，拷贝到内存，设i_dev,i_number,i_count=1 file中申请一项，f_flage=mode,f_count=1,f_inode=活动inode地址 在进程u_ofile中找一个空元素（从下标0开始找），填写file项地址 返回u_ofile下标 例：int fd; fd=open(“file1”,2);,Unix文件系统,open示意图,file1,u_ofile,file,i_node,u_ofil

8、ei,i_node,fd=? f_flag=? f_inode=? f_count=? f_offset=? i_count=?,j,Unix文件系统,读文件read,read(fd,buf,count)=,-1 失败 0 文件尾 实际读字节数,例：char s50; int fd; fd=open(“file1”,0); read(fd,s,20);,read(fd,buf,count） fp=fd f_flag与本次操作相符？ y u_base=buf;u_count=count, u_offset=f_offset device file? n lbn=u_offset/512; on=

9、u_offset%512; n=min(512-on,u_count) dn=i_dev bn=lbn-pbn,lbn=i_lastr+1? n y read bn read bn,bn+1 i_last=lbn,i_flag=1 buffer(on,n) buf u_offset+=n u_base+=n u_count-=n free buffer u_count=0? y set f_offset return(read bytes),n,n,i_addr0 device driver,y,ER,buffer?,Unix文件系统,写文件write,write(fd,buf,count)=

10、,-1 失败 实际写字节数,例：char s50; int fd; fd=open(“file1”,0); scanf(“%s”,s); write(fd,s,20);,write(fd,buf,count） fp=fd f_flag与本次操作相符？ y u_base=buf,u_count=count, u_offset=f_offset device file? n lbn=u_offset/512; on=u_offset%512; n=min(512-on,u_count) dn=i_dev bn=lbn-pbn,n=512? n y read bn alloc buffer buf

11、buffer u_offset+=n u_base+=n u_count-=n buffer full? disk write i_size+=n,i_flag=1 u_count=0? y set f_offset return(write bytes),n,n,i_addr0 device driver,y,ER,y,n,buffer,Unix文件系统,关闭文件close,close(fd) main() fd=open(file1,0); read(); close(fd); ,close(fd) f_count- - ,free u_ofile entry f_count= =0? r

12、eturn y i_count- - ,free file entry i_count= =0? return y i_flag = = 1? y i_node=disk free active i_node return,n,n,n,Unix文件系统,文件定位 lseek,lseek(fd,offset,where) 0 file head where= 1 current 2 file tail,lseek(fd,9,0),lseek(fd,5,1),f_offset=“where”+offset,offset value=?,Unix文件系统,建立文件链结link,link(oldnam

13、e,newname); 例：link(fileo,filen);,目录文件,i_node,i_link,Unix文件系统,删除文件unlink,unlink(filename);,i_link - - i_link = = 0? y free file data block free i_node delete directory entry return,n,Unix文件系统,修改文件权限chmod,chmod(file,mode) 例：chmod(file1,0742)；,i_mode=mode; i_flag=1;,Unix文件系统,建立无名管道文件pipe,Pipe(int fd2)=

14、,fd0=read u_ofile下标 fd1=write u_ofile下标,u_ofile,file,i_node,fd0,fd1,i_count=2; 使用i_addr0 9,Unix文件系统,关于pipe的要点,lseek( ) ? f_offset? 读、写指针放在i_node中 共享管道文件？ 同一进程对同一管道文件 的读写问题 管道的同步与互斥问题,A B C D E F G,pipe（）,创建新进程时会引起管道文件的那些变化？,一个管道文件可以有几个读指针？几个写指针？,管道例,子1,子2,管道,父,main() char s20; int i, fd2; pipe(fd);

15、if(fork()=0) for(i=1;i=100;i+) scanf(“%s”,s); write(fd1,s,20); exit(0); else ,if(fork()=0) for(i=1;i=50;i+) scanf(“%s”,s); write(fd1,s,20); exit(0); for(;) read(fd0,s,20); printf(“”%sn”,s); wait(0); wait(0); ,？,父,子1,子2,Unix文件系统,文件重定向（1）,dup(fd)=u_ofile 的新下标。 复制用户打开文件表表项,fd,返回,u_ofile,file,返回值一定比fd大吗

16、？,Unix文件系统,文件重定向（2）,当进程创建时：系统自动打开三个文件,u_ofile,u_ofile0 u_ofile1 u_ofile2 u_ofilei,stdin: keyboard stdout: screen stderr: screen,$ ls abc fd=open(“abc”,1); close(stdout); dup(fd); close(fd);,abc,$sort feli1 ?,X,Unix文件系统,shell程序的实现,接受输入，进行语法比较 处理后台运行符 处理管道，重定向 建立进程，执行相应程序。,main() . while(1) putchar$);

17、 read(stdin,buffer,number); 语法检查,分出command and parameters; if(fork()=0) if(输出/入重定向 ） fd=creat(newfile,mode); /*fd=open(feli,mode); close(stdout/in); dup(fd); close(fd); if(管道|） pipe(fds); if(fork()=0);/*第一个命令,close(ftdout); dup(fds1); close(fds1); closefds0); execlp(command1,); close(ftdin); dup(fds0); close(fds1); closefds0); execlp(command1,); if(非后台运行 /*while end ,Unix文件系统,小结,UNIX 文件分类（3类） UNIX文件目录结构 UNIX 文件逻辑结构（stream) UNIX文件物理结构(多重索引） UNIX文件存储器管理（空白块成组链结） UNIX文件系统调用(creat,open,read,write ,lseek,chmod,close,pi