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文件系统的全局结构#xff1a;文件系统在外存中的结构#xff0c;文件系统在内存中的结构外存空闲空间管理办法虚拟文件系统文件系统挂载
一、文件系统的层次结构
可分为三个层次#xff1a;最低层是对象及其属性#xff0c;中间层…文件系统部分的大纲要求
文件系统的全局结构文件系统在外存中的结构文件系统在内存中的结构外存空闲空间管理办法虚拟文件系统文件系统挂载
一、文件系统的层次结构
可分为三个层次最低层是对象及其属性中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合最高层是文件系统提供给用户的接口
对象及其属性文件系统管理三类对象 文件目录磁盘磁带存储空间 对对象进行操纵和管理的软件集合是文件系统的核心部分。一般将与文件系统有关的软件分为4个层次 I/O控制层是文件系统的最低层主要由磁盘驱动程序等组成也可称为设备驱动程序层基本文件系统主要用于实现内存与磁盘之间数据块的交换文件组织模块也称为基本I/O管理程序该层负责完成与磁盘I/O有关的事务如将文件逻辑块号变为物理块号、管理磁盘中的空闲盘块、指定I/O缓冲等逻辑文件系统用于处理并记录同文件相关的操作如允许用户和应用程序使用符号文件名访问文件和记录、保护文件和记录等。 文件系统接口文件系统以接口的形式提供了一组对文件和记录进行操作的方法和手段。常用的两类接口是 命令接口终端命令程序接口系统调用
二、文件系统布局
一个磁盘从出厂-物理格式化-逻辑格式化这个过程中文件系统在外存中是如何被建立的 物理格式化磁盘刚被生产出来的时候没有划分扇区此时要进行物理格式化也称低级格式化即划分扇区、检测坏扇区并用备用扇区替换坏扇区。坏扇区的存在对操作系统来说是透明的即OS意识不到坏扇区的存在 逻辑格式化即磁盘分区分卷完成各分区的文件系统初始化。逻辑格式化后灰色部分就有数据了白色部分还没有数据 文件系统在磁盘中的结构 整体多个磁盘划分为一个或多个分区每个分区有一个独立的文件系统。文件系统包含启动操作系统的方式、总块数、空闲块数量和位置、目录结构、各个具体文件等下图是一个可能的文件系统布局对其中一些部分的解释如下前五个是在逻辑格式化后就有了实际数据见上一个序号 主引导记录MBR位于磁盘的0号扇区后面就是分区表该表给出每个分区的起始和结束地址。当计算机启动时BIOS读入并执行MBRMBR做的第一件事就是确定活动分区读入它的第一块即引导块引导块引导块中的程序负责启动该分区中的操作系统。超级块包含文件系统的所有关键信息如分区的块数量、块大小、空闲块的数量和指针、空闲的FCB数量、FCB指针等。计算机启动时或在该文件系统首次使用时超级块会被读入内存。有了超级块就可以迅速找到这个磁盘分区里面所有的空闲块。用于新建一个文件时迅速分配多个磁盘块文件系统中空闲块的信息可使用位示图或指针链接的形式给出。位示图可以迅速的判断某一个特定的磁盘块是否空闲超级块的作用是迅速找到若干个空闲盘块。 位示图、超级块这两个数据结构在功能上有一定重合性都可以标记哪些盘块空闲但在实际使用中侧重点会有一些区别 索引节点在i节点区连续存放且大小相同因此可以通过一个索引节点的下标迅速定位到一个指定的索引节点根目录 文件系统在内存中的结构 如下图用户区有“文件描述符fd”内核区有当前打开目录的缓存、系统打开文件表、进程用户打开文件表
三、外存空闲空间管理
四、虚拟文件系统VFS
各种文件系统存在的问题 不同的文件系统UFS/NTFS/FAT其函数名和参数不同如UFS是open(参数a, b)NTFS是fopen(参数x)FAT是openf(参数p, q)用户使用文件系统时没有统一接口不同的文件系统都使用同一VFS新添加一个文件系统或修改一个文件系统的代码就去修改内核区VFS的代码显然不现实不同的文件系统表示文件的数据结构也不相同。打开文件后其在内存中的表示也不同如UFS的目录项和inode、FAT的目录项 为解决上述问题VFS的特点/作用 向上层用户进程提供统一标准的系统调用接口屏蔽底层具体文件系统的实现差异要求下层的文件系统必须实现某些规定的函数功能如open/read/write。一个新的文件系统想要在某操作系统上被使用就必须满足该操作系统VFS的要求每打开一个文件VFS就在主存中新建一个vnode用统一的数据结构表示文件无论该文件存储在哪个文件系统 综上如下图
五、文件系统挂载
文件系统挂载要做的事 在VFS中注册新挂载的文件系统内存中的挂载表包含每个文件系统的相关信息文件系统类型、容量大小等新挂载的文件系统要向VFS提供一个函数地址列表如上图中的黄色小表。这样才能让VFS能够调用新挂载的文件系统所提供的功能函数将新文件系统加到挂载点也就是将新文件系统挂载在某个父目录下
