《文件系统硬》PPT课件.ppt

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1、硬件硬件软件软件-硬件接口硬件接口操作系统操作系统操作系统接口操作系统接口其他系统软件其他系统软件应用程序接口应用程序接口应用软件应用软件资资源源抽抽象象资资源源共共享享系统软件和操作系统操作系统的基本组织结构操作系统的基本组织结构进程与资进程与资源管理源管理文件管理文件管理存储管理存储管理设备管理设备管理处理机处理机主存主存设备设备操作系统操作系统计算机硬件计算机硬件第第6 6章章 文件系统文件系统引言引言基本概念基本概念目录目录文件系统文件系统文件系统的实现文件系统的实现文件系统的安全性和保护机制文件系统的安全性和保护机制LINUX文件系统概述文件系统概述小结小结引言引言信息信息数字信息数

2、字信息信息处理机信息处理机文件文件存放文件的介质存放文件的介质文件存放形式文件存放形式文件操作形式文件操作形式基本概念基本概念l文件的概念文件的概念l文件的分类文件的分类l文件的操作文件的操作l文件的转储和恢复文件的转储和恢复文件的概念文件的概念l文件是指具有符号名的数据信息的集合。文件是指具有符号名的数据信息的集合。+命名了的字符串集合命名了的字符串集合 例例如如，在在UNIX系系统统中中，文文件件系系统统从从物物理理上上将将每每个个文文件件仅仅仅仅看看成成是是由由一一系系列列字字符符串串组组成成，而而不不把把文文件件处理成物理记录的集合。处理成物理记录的集合。+命名了的相关记录集合命名了的

3、相关记录集合 例例如如一一个个命命名名为为“学学生生登登记记表表”的的文文件件是是一一个个学学生生情情况况记记录录的的集集合合，每每个个学学生生情情况况的的记记录录是是由由姓姓名名、性性别别、年年龄龄等等数数据据项项组组成成，而而姓姓名名、年年龄龄、性性别别等等数据项则由若干个字符组成。数据项则由若干个字符组成。文件的分类文件的分类l按文件用途分类按文件用途分类+系统文件、库文件、用户文件系统文件、库文件、用户文件l按文件中数据分类按文件中数据分类+源文件、目标文件、可执行文件源文件、目标文件、可执行文件l按文件保护方式分类按文件保护方式分类+只读文件、读写文件、不保护文件只读文件、读写文件、

4、不保护文件l按文件保存时间分类按文件保存时间分类+临时文件、永久文件临时文件、永久文件文件的操作文件的操作l文件系统不应要求用户必须了解文件的物理组织才能使用文件，而应方便用户，提供给用户按其逻辑组织形式来使用文件。l一个文件系统至少要提供用户以下的文件操作功能+打开、关闭、建立、撤消、复制文件，文件换名、文件列表+读、写、修改、插入、删除数据项操作文件的转储和恢复文件的转储和恢复l文件系统中不论是硬件还是软件都会发生损坏和错误，为使至关重要的系统文件万无一失，应对保存在外存中的系统文件采取一些保护措施，如：“定期转储”。+全量转储（backup)+增量转储l文件的恢复+利用转储的文件进行恢复

5、。(restore)目录目录l目录的概念目录的概念l目录层次结构目录层次结构l目录的操作目录的操作目录的概念目录的概念l目目录录：文文件件系系统统层层次次结结构构的的一一个个非非终终结结节节点点，一一个个目目录录通通常常包包含含有有许许多多目目录录项项，每每个个目目录录项项可可以以是是一一个个文文件件或或目目录录。而而文文件件是是文文件件系系统统层层次次结结构构的的一一个个终终结结节节点点，即即在在文文件件下下不不可可能能再再包包含含文文件或目录。件或目录。l目录的作用：按名存取文件。目录的作用：按名存取文件。文件名文件名内部名内部名用户名用户名物理组织物理组织物理地址物理地址记录格式记录格式

6、历史和测量信息历史和测量信息文件性质文件性质口令或密码口令或密码存取属性存取属性信息的编码方式信息的编码方式增删说明增删说明共享说明共享说明其它其它目录的层次结构目录的层次结构目录的操作目录的操作l创建、删除、打开、关闭、换名目录；创建、删除、打开、关闭、换名目录；l读、链接、删除目录项。读、链接、删除目录项。文件系统文件系统文件系统：是指一个负责存取和管理外部存储器上文件文件系统：是指一个负责存取和管理外部存储器上文件信息的机制。信息的机制。文件系统的为用户提供的文件系统的为用户提供的功能：功能：（1 1）按文件名对文件进行）按文件名对文件进行存取存取；（2 2）建立、修改和删除一个文件；）

7、建立、修改和删除一个文件；（3 3）在文件之间进行数据传输；）在文件之间进行数据传输；（4 4）在系统控制下）在系统控制下共享共享其他用户的文件；其他用户的文件；（5 5）为用户文件提供可靠的）为用户文件提供可靠的保护保护和保密措施；和保密措施；（6 6）具有转储和恢复重要文件的能力。）具有转储和恢复重要文件的能力。文件系统的组成文件系统的组成 系统故障系统故障恢复恢复文件组织文件组织和访问和访问（存取、共（存取、共享、保护）享、保护）文件存取文件存取过程管理过程管理（逻辑组织（逻辑组织物理结构）物理结构）文件文件I/O管理管理外存管理外存管理物物理理文文件件用户用户文件系统的实现文件系统的实

8、现实现文件文件的结构文件的结构 文件的组成和文件控制块文件的组成和文件控制块 文件的使用与控制文件的使用与控制 实现目录磁盘空间管理空白盘区链空白盘区链 空白盘区目录空白盘区目录 位示图位示图 文件系统的结构和工作流程文件系统的层次结构文件系统的层次结构 文件系统的工作流程文件系统的工作流程 文件的结构文件的结构逻辑结构逻辑结构记录式记录式流式流式物理组织物理组织连续文件连续文件随机文件随机文件串联文件串联文件文件存取方法文件存取方法顺序存取顺序存取直接存取直接存取第一个物理块号7文件长度2记录0记录1记录0块间隔块间隔文件B目目录录文文件件说说明明文件文件A物物理理块块号号(7)(8)(9)

9、连续结构的文件连续结构的文件R0R1R2R3R4R5随机文件随机文件68 893 文件A的文件索引012254链接字登记项255256509链接字登记项54 绝对区号68256字全部用于存放数据信息数据区相对区号0绝对区号893256字相对区号2绝对区号54256字相对区号509相对区号0相对区号1相对区号2相对区号509有信息无信息510256文件A文件A(a)随机文件的物理结构(b)用户观点的随机文件图6-4 随机结构文件链表结构链表结构文件文件文件文件A的说明的说明目目录录链接指针链接指针12记录记录0(物理块物理块4)链接指针链接指针8记录记录1(物理块物理块12)0记录记录2(物理块

10、物理块8)文件文件A链表结构文件链表结构文件文件的组成和文件控制块文件的组成和文件控制块目录文件名文件名内部名内部名用户名用户名物理组织物理组织物理地址物理地址记录格式记录格式历史和测量信息历史和测量信息文件性质文件性质口令或密码口令或密码存取属性存取属性信息的编码方式信息的编码方式增删说明增删说明共享说明共享说明其它其它文件文件的使用于控制文件的使用于控制丙用户乙用户甲用户BADC文件3的地址文件2的地址文件1的地址文件i+1的地址文件i的地址文件1文件2文件i+1主目录表甲文件目录表乙文件目录表总目录表链 接文件共享基本文件目录和符号文件目录基本文件目录和符号文件目录活动符号名表与活动文件

11、表活动符号名表与活动文件表l活动符号名表活动符号名表l活动文件表活动文件表文件名文件名内部标识号内部标识号活动文件表中表目指针活动文件表中表目指针基本文件目录项基本文件目录项a基本文件目录项基本文件目录项b基本文件目录项基本文件目录项c基本文件目录项基本文件目录项d文件使用和控制操作命令文件使用和控制操作命令 l建立文件命令建立文件命令l打开文件命令打开文件命令l读文件命令读文件命令l写文件命令写文件命令l关闭文件命令关闭文件命令l撤消文件命令撤消文件命令在在基基本本文文件件目目录录中中为为其其分分配配一一个个空空表表目目，并并返返回回一一个个内内部部标标识识号号(通通常常相相应应于于表表目目

12、序序号号)；在在符符号号文文件件目目录录中中分分配配一一个个空空表表目目，并并填填入入文文件件符符号号名名与与内部标识号；内部标识号；调调用用存存储储分分配配程程序序为为文文件件分分配外存空间；配外存空间；将将其其在在基基本本文文件件目目录录中中的的相相应应表表目目置置初初值值，并并填填入入物物理理地地址；址；调调用用打打开开文文件件命命令令将将有有关关表表目目登登入入活活动动文文件件表表和和活活动动符符号号名表。名表。查查找找符符号号文文件件目目录录树树，以以找找出出该该文文件件的的表表目目。如如找找到到返返回回该该文文件件的的内内部部标标识识号号，如如找找不不到就转错误处理程序；到就转错误

13、处理程序；在在活活动动文文件件表表和和活活动动符符号号名名表中为该文件分配一个表目；表中为该文件分配一个表目；将将有有关关信信息息填填入入活活动动文文件件表表和和活活动动符符号号名名表表中中，并并将将该该文文件件的的“当当前前用用户户数数”加加1(该该数数据据项在活动文件表中项在活动文件表中)。按按文文件件名名从从活活动动符符号号名名表表和和活活动动文文件件表表中中找找出出该文件的文件描述符内容该文件的文件描述符内容(即目录表目内容即目录表目内容)；按存取控制说明检查访问的合法性；按存取控制说明检查访问的合法性；按按文文件件描描述述符符中中指指出出的的该该文文件件的的逻逻辑辑和和物物理理组组织

14、织形形式式(包包括括存存放放方方式式，记记录录大大小小，起起始始物物理理块块号号等等)将将欲欲读读的的逻逻辑辑记记录录号号和和记记录录个个数数转转换换成成物物理理块块号；号；将将所所有有这这些些参参数数按按设设备备管管理理程程序序的的接接口口形形式式进进行行转转换换，并并将将此此访访问问要要求求转转送送给给设设备备管管理理程程序序，以完成数据交换工作。以完成数据交换工作。撤消在用户的活动符号名表中的相应表目内容；撤消在用户的活动符号名表中的相应表目内容；在在活活动动文文件件表表中中该该文文件件的的“当当前前用用户户数数”减减1。如减如减1后，此值为后，此值为“0”，则撤消此表目的内容；，则撤消

15、此表目的内容；若若活活动动文文件件表表表表目目内内容容已已被被修修改改过过，则则在在撤撤消消此此表表目目内内容容前前，应应将将此此表表目目内内容容写写回回磁磁盘盘上上基基本本文文件件目录的相应表目中去。目录的相应表目中去。清除用户符号文件目录中的相应表目；清除用户符号文件目录中的相应表目；释放该文件在外存的文件存储空间；释放该文件在外存的文件存储空间；清除该文件在基本文件目录中的相应表目。清除该文件在基本文件目录中的相应表目。实现目录实现目录一级目录 文件文件A的控制块的控制块文件文件B的控制块的控制块文件文件C的控制块的控制块二级文件目录结构图解二级文件目录结构图解文件A的控制块文件B的控制

16、块文件C的控制块文件X的控制块文件Y的控制块文件Z的控制块文件A文件B文件C文件X文件Y文件Z用户名 UFD起始ABC 地址 用户名 UFD起始XYZ 地址用户文件目录(UFD:ABC)用户文件目录(UFD:XYZ)主目录(MFD)层次结构层次结构大大学学行政部门行政部门计算机系计算机系数学系数学系计财处计财处校办校办总务处总务处科研处科研处软件专业软件专业硬件专业硬件专业数学专业数学专业计算数学专业计算数学专业系统软件系统软件教研室教研室应用软件应用软件教研室教研室人工智能人工智能教研室教研室多级目录的树形结构多级目录的树形结构MFDABCDEabcdefgh空白盘区链空白盘区链目录目录链头

17、指针链头指针空白盘区目录空白盘区目录目录目录空白区空白区3，4，5空白区空白区12，13，14，15位示图位示图文件系统的层次结构文件系统的层次结构中断信号中断信号文件命令解释模块文件命令解释模块目录检索模块目录检索模块存取控制验证模块存取控制验证模块逻辑文件系统逻辑文件系统物理文件系统物理文件系统设备策略模块设备策略模块输入输入/输出控制系统输出控制系统磁盘磁盘I/O启动命令启动命令用户程序用户程序命令命令回答回答文件系统的工作流程文件系统的工作流程lREAD(data,5,1000)lSFS(Read,data,5,1000)lBFS(Read,10,5,1000)lACVM(Read,1

18、0,5,1000)lLFS(Read,10,5,1000）lPFS(Read,10,2,500,1000)lIO(Read,38,500,1000）例子：例子：用户使用系统调用为用户使用系统调用为Read(data,5,1000)逻辑记录大小逻辑记录大小=500物理记录大小物理记录大小=1000连续文件：第一块地址连续文件：第一块地址存取方法：直接存取存取方法：直接存取012345601237文件系统的安全性和保护机制文件系统的安全性和保护机制文件存取控制矩阵文件存取控制矩阵 文件存取控制表文件存取控制表 用户权限表用户权限表 文件口令文件口令 文件加密文件加密 存取控制矩阵存取控制矩阵文件存

19、取控制表文件存取控制表 用户权限表用户权限表LINUXLINUX文件系统概述文件系统概述进程管理进程管理子系统子系统内存管理内存管理子系统子系统进程间通信进程间通信子系统子系统网络网络子系统子系统VFSMINIXext2ext3MSDOS设备缓存设备缓存设备设备驱动程序驱动程序逻辑文件系统层逻辑文件系统层内核子系统内核子系统VFS与实际文件系统的封装关系与实际文件系统的封装关系VFS与具体文件系统的关系与具体文件系统的关系文件系统的数据成员文件系统的数据成员目录磁盘划分磁盘划分至少至少4个部分，其中引导块永远是介质上的第一个纪录，超级块个部分，其中引导块永远是介质上的第一个纪录，超级块永远是介

20、质上的第二个纪录。其它部分的大小取决于磁盘大小永远是介质上的第二个纪录。其它部分的大小取决于磁盘大小等参数，这些参数存在超级块中。等参数，这些参数存在超级块中。EXT2EXT2文件系统格式文件系统格式超级块：根目录的位置、i节点的位置、空白区链头等信息LINUXLINUX文件目录文件目录文件索引多重间接映射文件索引多重间接映射EXT2EXT2的的inodeinode空白盘块分组情况空白盘块分组情况fdiskfdisk命令表命令表LinuxLinux目录树目录树Linux主要目录功能主要目录功能目录设设备备号号与与设设备备名名#include#include int stat(path,buf)

21、/获得指定文件的属性char*path;struct statct*buf;int fstat(fildes,buf)/获得某个打开文件的属性int fildes;struct stat*buf;系统调用系统调用statstat说明说明系统调用系统调用statstat采用的结构采用的结构bufbuf说明说明usort st_mode;/文件的方式文件的方式ino_t st_ino;/i节点节点dev_t st_dev /包括该文件目录项的设备包括该文件目录项的设备iddev_t st_rdev /设备设备id，特殊文件采用特殊文件采用short st_nlink /连接链的数目连接链的数目us

22、hort st_uid /该文件的文件主的用户该文件的文件主的用户idushort st_gid /该文件的用户组的组该文件的用户组的组idoff_t st_size;/文件的字节数文件的字节数time_t st_atime/最近一次访问时间最近一次访问时间time_t st_mtime/最近一次数据修改时间最近一次数据修改时间time_t st_ctime/最近一次修改文件状态时间最近一次修改文件状态时间设备、文件、存取方法之间的关系设备、文件、存取方法之间的关系小结小结l文件、文件系统的定义、功能文件、文件系统的定义、功能l文件的组织文件的组织l目录的作用、内容、结构目录的作用、内容、结构l文件的共享、保护、保密文件的共享、保护、保密l磁盘空间管理技术磁盘空间管理技术l文件系统的层次结构文件系统的层次结构l文件的操作文件的操作