操作系统4.1.3 文件目录
目录本身就是一种有结构文件,由一条条记录组成。每条记录对应一个在该放在该目录下的文件。
一、文件控制块
目录文件中的一条记录就是一个“文件控制块(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)。
最重要、最基本的还是文件名、文件存放的物理地址。
二、目录操作
- 搜索:当用户要使用一个文件时,系统要根据文件名搜索目录,找到该文件对应的目录项
- 创建文件:创建一个新文件时,需要在其所属的目录中增加一个目录项
- 删除文件:当删除一个文件时,需要在目录中删除相应的目录项
- 显示目录:用户可以请求显示目录的内容,如显示该目录中的所有文件及相应属性
- 修改目录:某些文件属性保存在目录中,因此这些属性变化时需要修改相应的目录项(如:文件重命名)
三、目录结构
1、单级目录
单级目录实现了“按名存取”,但是不允许文件重名。
在创建一个文件时, 需要先检查目录表中有没有重名文件,确定不重名后才能允许建立文件,并将新文件对应的目录项插入目录表中。
但显然,单级目录结构不适用于多用户操作系统。
2、两级目录结构
早期的多用户操作系统,采用两级目录结构。分为主文件目录(MFD, Master File Directory)和用户文件目录(UFD,User Flie Directory)。
3、多级目录结构(树形目录结构)
现在 OS 中,最通用且实用的文件目录无疑是树形结构目录,也叫多级目录结构。
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。
例如:自拍.jpg 的绝对路径是“/照片/2015-08/ 自拍.jpg”
系统根据绝对路径一层一层地找到下一级目录。
3次读磁盘 I/O 操作:
- 刚开始从外存读入根目录的目录表
- 找到“照片”目录的存放位置后,从外存读入对应的目录表
- 再找到“2015-08”目录的存放位置,再从外存读入对应的目录表
- 最后才找到文件“自拍 jpg”的存放位置
显然,每次都从根目录开始查找,每次都需要3次读磁盘操作,是很低效的。
因此可以设置一个“当前目录”:
例如,此时已经打开了“照片’的目录文件,也就是说,这张目录表已调入内存,那么可以把“照片”目录设置为“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”。
引入“当前目录”和“相对路径”后,磁盘I/O的次数减少了,也就提升了访问文件的效率。
总结
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”。
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。只有共享计数器减为 0 时,才删除结点。
注意!共享文件不同于复制文件。在共享文件中,由于各用户指向的是同一个文件,因此只要其中一个用户修改了文件数据,那么所有用户都可以看到文件数据的变化。
四、索引结点(FCB的改进)
其实在查找各级目录的过程中只需要用到“文件名”这个信息,只有文件名匹配时,才需要读出文件的其他信息。
因此可以考虑让目录表“瘦身”来提升效率。所以我们可以将除了文件名之外的信息都存在索引结点中。
思考有何好处?
假设一个 FCB 是 64B,磁盘块的大小为 1KB,则每个盘块中只能存放 16 个 FCB。若-一个文件目录中共有 640 个目录项,则共需要占用 640/16= 40 个盘块。因此按照某文件名检索该目录,平均需要查询 320 个目录项。平均需要启动磁盘 20 次(每次磁盘 I/0 读入一块)。
若使用索引结点机制,文件名占 14B,索引结点指针站 2B,则每个盘块可存放 64 个目录项,那么按文件名检索目录平均只需要读入 320/64=5 个磁盘块,即只要启动5次I/O磁盘操作。显然,这将大大提升文件检索速度。
五、总结
本节内容非常重要,极易出选择题。