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【操作系统】文件

news 来源：原创 2025/9/9 18:21:30

文件

  • 一、文件的概念
  • 二、文件目录
    • 2.1 FCB
    • 2.2 目录结构
      • 2.2.1 单机目录
      • 2.2.2 两级目录
      • 2.2.3 树形目录结构
      • 2.2.4 无环图目录结构
  • 三、文件的逻辑结构和物理结构
    • 3.1 文件的逻辑结构
      • 3.1.1 顺序文件
      • 3.1.2 索引文件
      • 3.1.3 索引顺序文件
    • 3.2 文件的物理结构
      • 3.2.1 连续分配
      • 3.2.2 隐式链接分配
      • 3.2.3 显示链接分配
  • 四、文件存储空间管理
    • 4.1 空闲表法
    • 4.2 空闲链表法
    • 4.3 位示图
  • 五 、文件的基本操作
    • 5.1 创建文件
    • 5.2 删除文件
    • 5.3 打开文件
    • 5.4 关闭文件
  • 六 、文件保护
    • 6.1 口令
    • 6.2 加密保护
    • 6.3 访问控制

一、文件的概念

  • 文件的属性
    • 文件名：由创建文件的用户决定文件名，主要是为了方便用户找到文件，同一目录下不允许有重名文件。
    • 标识符：一个系统内的各文件标识符唯一，对用户来说毫无可读性，因此标识符只是操作系统用于区分各个文件的一种内部名称。
    • 类型：指明文件的类型
    • 位置：文件存放的路径（让用户使用）、在外存中的地址（操作系统使用，对用户不可见
    • 大小：指明文件大小
    • 创建时间、上次修改时间
    • 文件所有者信息
    • 保护信息：对文件进行保护的访问控制信息
      在这里插入图片描述

二、文件目录

  • 文件之间应该怎样组织起来？
    在这里插入图片描述

2.1 FCB

  • FCB的有序集合称为“文件目录”，一个FCB就是一个文件目录项。
  • FCB中包含了文件的基本信息（文件名、物理地址、逻辑结构、物理结构等），存取控制信息（是否可读/可写、禁止访问的用户名单等），使用信息（如文件的建立时间、修改时间等）。

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2.2 目录结构

2.2.1 单机目录

单级目录实现了“按名存取”，但是不允许文件重名。
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2.2.2 两级目录

采用两级目录结构。分为主文件目录（MFD，Master FileDirectory）和用户文件目录（UFD，User Flie Directory)。

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2.2.3 树形目录结构

  • 用户（或用户进程）要访问某个文件时要用文件路径名标识文件，文件路径名是个字符串。
  • 各级目录之间用“/”隔开。从根目录出发的路径称为绝对路径。
  • 每次都从根目录开始查找，是很低效的。因此可以设置一个“当前目录”。当用户想要访问某个文件时，可以使用从当前目录出发的“相对路径”。
  • 树形目录结构可以很方便地对文件进行分类，层次结构清晰，也能够更有效地进行文件的管理和保护。但**是，树形结构不便于实现文件的共享。**为此，提出了“无环图目录结构”。
    在这里插入图片描述

2.2.4 无环图目录结构

  • 可以用不同的文件名指向同一个文件，甚至可以指向同一个目录（共享同一目录下的所有内容）。
  • 需要为每个共享结点设置一个共享计数器，用于记录此时有多少个地方在共享该结点。用户提出删除结点的请求时，只是删除该用户的FCB、并使共享计数器减1，并不会直接删除共享结点。
    在这里插入图片描述

三、文件的逻辑结构和物理结构

  • 文件内部的数据应该怎样组织起来？
    文件的逻辑结构
    在这里插入图片描述
  • 文件应如何存放在外存？
    文件的物理结构

3.1 文件的逻辑结构

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  • 按文件是否有结构分类，可以分为无结构文件、有结构文件两种。
    • 无结构文件：**文件内部的数据就是一系列二进制流或字符流组成。又称“流式文件”。**如：Windows操作系统中的.txt文件。
    • 有结构文件：由一组相似的记录组成，又称“记录式文件”。每条记录又若干个数据项组成。如：数据库表文件。一般来说，每条记录有一个数据项可作为关键字。根据各条记录的长度（占用的存储空间）是否相等，又可分为定长记录和可变长记录两种。
      在这里插入图片描述

3.1.1 顺序文件

  • 顺序文件：文件中的记录一个接一个地顺序排列（逻辑上）.

    • 对于数据：记录可以是定长的或可变长的。
    • 对于数据与数据之间的结构：各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。
    • 对于数据中的关键字：可以分为串结构和顺序结构

    串结构：记录之间的顺序与关键字无关
    顺序结构：记录之间的顺序按关键字顺序排列

  • 随机存取
    在这里插入图片描述

3.1.2 索引文件

  • 索引表本身是定长记录的顺序文件。
  • 因此可以快速找到第i个记录对应的索引项。
  • 可将关键字作为索引号内容，若按关键字顺序排列，则还可以支持按照关键字折半查找。
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3.1.3 索引顺序文件

  • 索引顺序文件是索引文件和顺序文件思想的结合。索引顺序文件中，同样会为文件建立一张索引表，但不同的是：并不是每个记录对应一个索引表项，而是一组记录对应一个索引表项。
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3.2 文件的物理结构

3.2.1 连续分配

  • 连续分配方式要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。
  • 优点：支持顺序访问和直接访问（即随机访问）；连续分配的文件在顺序访问时速度最快
  • 缺点：不方便文件拓展；存储空间利用率低，会产生磁盘碎片

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3.2.2 隐式链接分配

  • 链接分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。分为隐式链接和显式链接两种。
  • 隐式链接：除文件的最后一个盘块之外，每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。文件目录包括文件第一块的指针和最后一块的指针。
  • 优点：很方便文件拓展，不会有碎片问题，外存利用率高。
  • 缺点：只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低，指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。
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3.2.3 显示链接分配

  • 显式链接：把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中，即文件分配表（FAT，FileAllocationTable）。一个磁盘只会建立一张文件分配表。开机时文件分配表放入内存，并常驻内存。
  • 优点：很方便文件拓展，不会有碎片问题，外存利用率高，并且支持随机访问。相比于隐式链接来说，地址转换时不需要访问磁盘，因此文件的访问效率更高。
  • 缺点：文件分配表的需要占用一定的存储空间。

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四、文件存储空间管理

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4.1 空闲表法

  • 如何分配磁盘块：与内存管理中的动态分区分配很类似，为一个文件分配连续的存储空间。同样可采用首次适应、最佳适应、最坏适应等算法来决定要为文件分配哪个区间。
  • 如何回收磁盘块：与内存管理中的动态分区分配很类似，当回收某个存储区时需要有四种情况一一①回收区的前后都没有相邻空闲区；②回收区的前后都是空闲区；③回收区前面是空闲区；④回收区后面是空闲区
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4.2 空闲链表法

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  • 空闲盘块链接

    • 如何分配：若某文件申请K个盘块，则从链头开始依次摘下K个盘块分配，并修改空闲链的链头指针。
    • 如何回收：回收的盘块依次挂到链尾，并修改空闲链的链尾指针。

  • 空闲盘区链

    • 如何分配：若某文件申请K个盘块，则可以采用首次适应、最佳适应等算法，从链头开始检索，按照算法规则找到一个大小符合要求的空闲盘区，分配给文件。若没有合适的连续空闲块，也可以将不同盘区的盘块同时分配给一个文件，注意分配后可能要修改相应的链指针、盘区大小等数据。
    • 如何回收：若回收区和某个空闲盘区相邻，则需要将回收区合并到空闲盘区中。若回收区没有和任何空闲区相邻，将回收区作为单独的一个空闲盘区挂到链尾。

4.3 位示图

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  • 位示图：每个二进制位对应一个盘块。在本例中，“0”代表盘块空闲，“1”代表盘块已分配。
  • 如何分配：若文件需要K个块，①顺序扫描位示图，找到K个相邻或不相邻的“0”：②根据字号、位号算出对应的盘块号，将相应盘块分配给文件；③将相应位设置为“1”。
  • 如何回收：①根据回收的盘块号计算出对应的字号、位号：②将相应二进制位设为“0”

五 、文件的基本操作

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5.1 创建文件

  • 进行 Create 系统调用时，需要提供的几个主要参数：
    1. 所需的外存空间大小（如：一个盘块，即1KB）
    2. 文件存放路径（“D:/Demo”）
    3. 文件名（这个地方默认为“新建文本文档.txt”）
  • 操作系统在处理 Create 系统调用时，主要做了两件事：
    1. 在外存中找到文件所需的空间
    2. 根据文件存放路径的信息找到该目录对应的目录文件（此处就是 D:/Demo 目录）
    3. 在目录中创建该文件对应的目录项。目录项中包含了文件名、文件在外存中的存放位置等信息。

5.2 删除文件

  • 进行 Delete 系统调用时，需要提供的几个主要参数：
    1. 文件存放路径（“D:/Demo”）
    2. 文件名（“test.txt”）
  • 操作系统在处理 Delete 系统调用时，主要做了几件事：
    1. 根据文件存放路径找到相应的目录文件，从目录中找到文件名对应的目录项。
    2. 根据该目录项记录的文件在外存的存放位置、文件大小等信息，回收文件占用的磁盘块。
    3. 从目录表中删除文件对应的目录项。

5.3 打开文件

在很多操作系统中，在对文件进行操作之前，要求用户先使用open系统调用“打开文件”，需要提供的几个主要参数：

  1. 文件存放路径（如：“D:/Demo”）
  2. 文件名（如：“test.txt”）
  3. 要对文件的操作类型（如：r 只读；rw 读写等）

操作系统在处理 open 系统调用时，主要做了几件事：

  1. 根据文件存放路径找到相应的目录文件，从目录中找到文件名对应的目录项，并检查该用户是否有指定的操作权限。
  2. 将目录项复制到内存中的“打开文件表”中。并将对应表目的编号返回给用户。之后用户使用打开文件更新公众号号刷涂小的操作的文件。
    在这里插入图片描述

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5.4 关闭文件

进程使用完文件后，要“关闭文件”操作系统在处理Close系统调用时，主要做了几件事：
1.将进程的打开文件表相应表项删除
2.回收分配给该文件的内存空间等资源
3.系统打开文件表的打开计数器count减1，若count =0，则删除对应表项。

六 、文件保护

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6.1 口令

  • 为文件设置一个“口令”（如：abc112233），用户请求访问该文件时必须提供“口令”。
  • 口令一般存放在文件对应的FCB或索引结点中。用户访问文件前需要先输入“口令”，操作系统会将用户提供的口令与FCB中存储的口令进行对比，如果正确，则允许该用户访问文件。
  • 优点：保存口令的空间开销不多，验证口令的时间开销也很小。
  • 缺点：正确的“口令”存放在系统内部，不够安全。

6.2 加密保护

  • 使用某个“密码”对文件进行加密，在访问文件时需要提供正确的“密码”才能对文件进行正确的解密。
  • 优点：保密性强，不需要在系统中存储“密码”
  • 缺点：编码/译码，或者说加密/解密要花费一定时间
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6.3 访问控制

  • 在每个文件的FCB（或索引结点）中增加一个访问控制列表（Access-Control List,ACL），该表中记录了各个用户可以对该文件执行哪些操作。
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编程日记 2025/8/16 12:39:11

ZK Rollup

ZK Rollup 通过生成零知识证明来确保所有提交的交易都是有效的。生成零知识证明的过程涉及复杂的密码学运算&#xff0c;通常使用的是 zk-SNARK&#xff08;零知识简洁非互动知识论证&#xff09;或 zk-STARK&#xff08;零知识可扩展透明知识论证&#xff09;。以下是 ZK Roll…...

编程日记 2025/9/7 8:40:10

UI设计——新拟态手机主题锁屏设计分享

新拟态手机主题锁屏设计分享 给大家展示一款新式手机主题锁屏设计作品。 整体设计采用简洁的灰白主色调&#xff0c;搭配亮眼的橙色元素&#xff0c;形成鲜明对比&#xff0c;视觉效果清爽又不失活力。 上方显示大数字时钟 “20:36”&#xff0c;日期 “04/11 星期一” 以及天…...

编程日记 2025/9/5 7:59:31

Kafka面试题及原理

1. 消息可靠性&#xff08;不丢失&#xff09; 使用Kafka在消息的收发过程都会出现消息丢失&#xff0c;Kafka分别给出了解决方案 生产者发送消息到Brocker丢失消息在Brocker中存储丢失消费者从Brocker 幂等方案&#xff1a;【分布式锁、数据库锁&#xff08;悲观锁、乐观锁…...

编程日记 2025/8/29 2:57:59

leetcode 238. 除自身以外数组的乘积

题目如下 数据范围 使用两个辅助数组分别存从前乘到后面和从后到前后面再计算就行。 &#xff08;f数组没处理好还包含了本不能乘于的数所以要向后移动一位&#xff09;。通过代码 class Solution { public:vector<int> productExceptSelf(vector<int>& n…...

编程日记 2025/9/8 10:31:44

DeepSeek 与 ChatGPT 终极对决：谁才是 AI 语言之王？

我的个人主页 我的专栏&#xff1a;人工智能领域、java-数据结构、Javase、C语言&#xff0c;希望能帮助到大家&#xff01;&#xff01;&#xff01;点赞&#x1f44d;收藏❤ 引言 在当今科技飞速发展的时代&#xff0c;人工智能已然成为推动各领域变革的核心力量&#xff…...

编程日记 2025/9/7 22:14:03

python爬虫：pyspider的详细使用

文章目录 一、pyspider介绍1.1 核心概念1.2 与其他爬虫框架的比较二、 安装 pyspider三、编写爬虫脚本四、运行和监控爬虫4.1 启动爬虫4.2 监控任务状态4.3 任务管理五、高级功能5.1 分布式爬取5.2 JavaScript 渲染5.3 数据存储5.4 定时任务5.5 错误处理和重试机制六、示例：采…...

编程日记 2025/9/5 19:36:07

CSS—text文本、font字体、列表list、表格table、表单input、下拉菜单select

目录 1.文本 2.字体 3.列表list a.无序列表 b.有序列表 c.定义列表 4.表格table a.内容 b.合并单元格 3.表单input a.input标签 b.单选框 c.上传文件 4.下拉菜单 1.文本 属性描述color设置文本颜色。direction指定文本的方向 / 书写方向。letter-spacing设置字符…...

编程日记 2025/9/8 22:21:34

宝塔webhooks与码云实现自动部署

1. 宝塔面板配置Webhook 登录宝塔面板&#xff0c;进入「软件商店」→ 搜索「Webhook」并安装。添加Webhook&#xff1a; 名称&#xff1a;自定义&#xff08;如 Gitee自动部署&#xff09;脚本&#xff1a;编写部署脚本&#xff0c;示例如下&#xff1a;#!/bin/bash# 项目路径…...

编程日记 2025/9/4 9:58:03

迷你世界脚本聊天接口：Chat

聊天接口&#xff1a;Chat 彼得兔 更新时间: 2023-04-26 10:18:43 具体函数名及描述如下: 序号 函数名 函数描述 1 sendChat(...) 发送聊天消息(默认全部玩家) 2 sendSystemMsg(...) 发送系统消息(默认全部玩家) sendChat 参数及类型&#xff1a; content:s…...

编程日记 2025/9/5 13:55:43

Yocto + 树莓派摄像头驱动完整指南

—— 从驱动配置、Yocto 构建&#xff0c;到 OpenCV 实战 在树莓派上运行摄像头&#xff0c;在官方的 Raspberry Pi OS 可能很简单&#xff0c;但在 Yocto 项目中&#xff0c;需要手动配置驱动、设备树、软件依赖 才能确保摄像头正常工作。本篇文章从 BSP 驱动配置、Yocto 关键…...

编程日记 2025/8/16 13:00:02

多镜头视频生成、机器人抓取、扩散模型个性化 | Big Model weekly第58期

点击蓝字 关注我们 AI TIME欢迎每一位AI爱好者的加入&#xff01; 01 GLM-4-Voice: Towards Intelligent and Human-Like End-to-End Spoken Chatbot 本文介绍了一种名为GLM-4-Voice的智能且类人化的端到端语音聊天机器人。它支持中文和英文&#xff0c;能够进行实时语音对话&a…...

编程日记 2025/9/5 9:48:55

Llama 2中的Margin Loss：为何更高的Margin导致更大的Loss和梯度？

Llama 2中的Margin Loss&#xff1a;为何更高的Margin导致更大的Loss和梯度&#xff1f; 在《Llama 2: Open Foundation and Fine-Tuned Chat Models》论文中&#xff0c;作者在强化学习与人类反馈&#xff08;RLHF&#xff09;的Reward Model训练中引入了Margin Loss的概念&a…...

编程日记 2025/9/3 12:51:26

边缘计算收益低的三大指标

边缘计算收益低的三大指标主要包括以下方面&#xff1a; 1. 资源贡献不足&#xff1a; 边缘计算的收益通常基于所提供的带宽、存储和计算资源来计算。如果设备的网络带宽有限、在线时间短或提供的存储容量较小&#xff0c;可能无法满足平台设定的最低贡献标准&#xff0c;从而导…...

编程日记 2025/9/2 1:19:34