文件管理

文件系统基础

文件是具有符号名，由字节序列构成的数据项集合（文件系统的基本数据单位，文件名是文件的标识符号）

  • 文件系统的功能
    • 分配文件磁盘空间：管理文件块（位置和顺序）、管理空闲空间（位置）、分配算法（策略）
    • 管理文件集合：定位（文件及其内容）、命名（通过名字找到文件）、文件系统结构（文件组织方式）
    • 数据可靠和安全：安全（多层次保护数据安全）、可靠（持久保存、避免被破坏）
  • 文件的属性：名称、类型、位置、大小、保护、创建者、时间、最近创建时间
  • 文件头：文件系统元数据中的文件信息

文件的逻辑结构

  • 文件大小
    • 大多数文件很小：需要对小文件提供很好的支持，块空间不能太大
    • 有的文件特别大：必须支持大文件，大文件的访问需要高效
  • 文件分配（如何表示分配给一个文件数据块的位置和顺序）
    • 分配类型：连续分配、链式分配、索引分配
    • 考虑指标：存储效率（连续分配的外部碎片）、读写性能（链式和索引分配访问速度）
      • 顺序文件：文件头指定起始块和长度（文件读取的性能好，搞笑顺序和随机访问；有碎片和文件增长无法实现的问题）
      • 链式文件：文件以数据块链表方式存储，文件头包含了第一块和最后一块的指针（修改大小容易，没有碎片；无法实现随机访问，可靠性差；破坏一个链，后面的所有文件将会被破坏）
      • 索引文件：为每一个文件创建一个索引数据块，文件头包含了索引数据块指针（修改大小容易，没有碎片，可以直接访问，文件小时开销大，大文件需要索引块的索引块）
      • 索引顺序文件：总体索引分配方法，索引块之间用顺序分配的方法（UFS）

目录结构

  • 文件控制块和索引结点
  • 单级目录结构和两级目录结构
  • 树型目录结构
  • 图型目录结构

文件共享

文件共享可以节省磁盘空间

  • 语义一致性：
    • 由于网络延迟或者IO设计问题，需要规定多进程如何同时访问共享文件
  • UFS语义：允许多用户同事读取和写入，立即显示写入结果
  • 会话语义：写入内容只有文件关闭才可见
  • 读写锁

文件保护

  • 文件访问类型
访问类型 释义
顺序访问 按字节依次读取
随机访问 从中间读取（虚拟内存将内存页存储在文件中）
索引访问 根据数据特征索引读取（如建立DB）
  • 文件访问控制
    • 每个用户以何种方式获得哪些文件的哪些权限（r/w/x/d/l）
    • 文件访问控制列表（ACL）
      • Unix <User/Group/All r/w/x>
    • 用户ID（识别用户）
    • 组ID（识别用户组）

文件系统的实现

  • 文件系统的层次结构
  • 目录实现
  • 文件实现

磁盘组织和管理

数据块石逻辑存储单位，可能由多个扇区构成。扇区是物理存储单位

  • 磁盘的结构
    • 寻道时间
    • 旋转延时
    • 磁头、读写头、盘面、柱面等
    • 访问时间 = 等待通道时间 + 寻道时间 + 旋转延时
  • 磁盘的调度算法
    通过优化磁盘访问顺序提高磁盘访问性能（寻道时间耗时最大；同时会有多个在同一磁盘的IO请求，随机处理磁盘访问请求性能较差）
    • FIFO 按照顺序处理、性能差、接近随机访问
    • SSTF 最短服务时间优先，选择从磁臂当前位置需要移动的最小IO请求，总是选择最短寻道时间
    • SCAN 扫描算法，一个方向上移动，访问所有没有完成的请求（电梯算法）
    • C-SCAN 循环扫描算法 限制了只在一个方向扫描
    • C-LOOK 到达最后一个请求处，立即折返
    • N-Step-Scan N步扫描，避免磁头黏着状态，进车行反复请求某一磁道的IO操作；将磁盘请求分为N个子队列，按照FIFO处理所有子队列，队列内部采用扫描算法
    • FSCAN N步的简化，只有两个队列；所有的新请求放到一个队列，避免磁头粘着

磁盘的管理