第八课 Linux和UNIX的文件管理系统

第八课UNIX文件管理系统UNIX系统中文件是一个字节序列，即字节流文件。UNIX系统以管理文件的形式实现硬件设备管理、管道机制和链接管理。文件系统通过管理文件的属性信息实现文件管理。属性包含文件系统内部管理信息和用户信息两部分。系统内部管理信息：反映文件的控制管理结构用户信息：可显示在标准输出UNIX文件系统以目录结构组织文件，只有一个根节点。UNIX的目录文件是一种特殊的文件，由目录/文件名及其长度、目录信息长度和索引节点号等主要信息组成。一个文件系统称为一个文件卷或逻辑卷。

一个逻辑卷对应一个或多个物理卷中的若干物理分区（也称物理块，通常为l～4KB，早期为512字节）。有关文件系统定义：文件系统是包括在一个磁盘（包括光盘、软盘、闪盘及其它存储设备）或分区的目录结构。一个可应用的磁盘设备可以包含一个或多个文件系统。UNIX系统支持多种类型的文件系统。如：SCOS-ⅴ的主文件系统格式为htfs（高吞吐量文件系统）Solaris的主文件系统是ufs、zfs等另外如udfs/hsfs（应用于CDROM）、pcfs（用于PCDOS）及被称为伪文件系统的tmpfs、swapfs(用于交换分区)、fdfs（文件描述符文件系统）、进程文件系统、启动文件系统等等。Linux系统核心可以支持十多种文件系统类型：如JFS、ReiserFS、ext、ext2、ext3、ISO9660、XFS、Minx、MSDOS、UMSDOS、VFAT、NTFS、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC等。光盘文件系统是iso-9660文件系统；网络存储NFS服务器在客户端访问时，文件系统是nfs。

Windows和Dos常用的文件系统是fat系列（包括fat16及fat32等）和ntfs文件系统；

（教材p132Linux可识别的文件系统类型）现代UNIX系统使用虚拟文件系统vfs

(VirtualFileSystem)建立物理设备与文件系统服务的接口。使得不同类型的文件系统可同时被安装运行。

可使用df命令查阅文件系统信息：#df-k1、文件管理系统的功能管理磁盘空间。建立文件的逻辑结构，以实现文件存取管理。建立文件的物理存储结构，以实现文件存放与访问。提供文件共享与文件保护功能。2、文件系统结构在UNIX系统中，文件信息以物理块为单位存放在介质上，每块大小为512KB到4KB的一个固定值。每个文件都有相应的控制管理结构。若干文件和它们的管理结构按照一定的逻辑形式构成一个集合体，组成文件系统。文件系统的构造：每个独立的磁盘或磁盘分区分为四个部分（块），存放于其中的信息构成文件系统的实体。（1）0#块：系统引导块，放置root文件系统的引导程序。

如“\stand”文件系统在0#块中放置引导代码。（2）1#块：专用块，是文件系统的控制块（超级块），同时管理空闲块和I节点。包含：文件系统状态信息：标号、名称、物理块和逻辑块数目、超级块修改标记、上一次修改时间索引节点信息：被分配索引节点数目、空闲索引节点数目存储块信息：空闲块数目、编号、索引号及数组等（3）2#～k+1#块：I节点区（k由系统配置给定），也称索引节点表（i-nodetable）。包含：文件系统中所有文件描述信息：文件属性信息和存储信息(与物理块关联信息)文件系统的数据结构（4）K+2#～n#块：文件存储区。通常操作系统会将超级块冗余备份，放置到文件系统对应的每一个逻辑分区中。

ext2(Linux)称为块组（blockgroup），每一个块组中都有超级块备份。但只有0号块组驻内存。下图为ext2的超级块结构：超级块组描述表块位图innode位表innode表数据块3、I节点的分配与释放I节点起到文件控制块作用，分静态和动态两种形式：静态I节点：磁盘的专设I节点区，也称盘I节点。内容包括：文件属性和类型；文件连接数；文件主ID；文件组用户ID；字节数；盘块地址；最近存取时间；最近修改时间；创建时间等信息。动态I节点：活动I节点表，是内存中系统的活动I节点区。每打开一个文件，就要在该区申请文件的相应表项，并进行登记；关闭文件时，则释放其活动I节点，将需保存信息复制回盘I节点。每个文件对应唯一的盘I节点；每个打开文件则对应一个活动I节点。每一个新建的文件都将被分配一个盘I节点。删除文件时，除了释放文件的物理盘块外，还要释放文件的I节点。盘I节点的文件属性和类型

表项为0时，即为空闲I节点4、文件的打开与关闭为便于打开文件和实现共享管理，核心设置了两个数据结构：用户打开文件表和系统打开文件表。用户打开文件表：又称用户文件描述字表，是user结构中的一个指针数组，各指针分别指向系统打开文件表。设置用户打开文件表可控制进程打开文件的数目和提高对文件的查找速度，实现文件访问控制与共享管理。系统打开文件表：简称文件表，是系统设置的一个公用数据结构。各结构中含有指向活动I节点的指针、共享计数、读写位移等，记载整个系统中被打开文件的基本情况。设置系统打开文件表主要是为了不同进程同时打开文件。该表常驻内存。打开文件的过程：按给定文件名在目录结构中查找该文件，得到相应的I节点号；检查文件权限；为文件分配活动I节点（活动I节点区中若存在该文件信息则不再分配）；在相应进程的的用户打开文件表中分配一个空项，使它指向对应的系统打开文件表项；最后为用户进程返回文件描述字fd（在用户打开文件表中）。系统创建每个进程时，自动为它打开3个标准文件，由该进程的用户打开文件表的前3项分别指定：fd为0的项对应标准输入文件fd为1的项对应标准输出文件fd为2的项对应标准错误输出文件关闭慢文件绣的过获程：根据fd通过秀用户丧打开膝文件翻表项塔找到没系统晒打开依文件浴表项握；释放士用户返打开船文件跪表项鄙（置胞为NU桂LL）；系统旬打开浩文件狮表中劫文件倒访问悦计数菌减1（直湖到减饥为0时，则则活蜻动I节点体中的住访问伸计数碎减1，关厘闭系便统打柜开文仆件表番项）初；当活钱动I节点经访问汤计数拉为0时，缝释放意该I节点某，释旅放文遣件所筹占内网存空告间；注：蚂活动I节点标计数远为0，文誉件连型接计窜数也胀为0时，猜释放阿文件枯全部清占用万资源潮（盘笼空间尤、盘I节点他），蜻此时驾相当计于删狮除文接件。例如殖：#l娱n钳./症lj神/h很hh纹/跟kk紫k创建hh绒h的硬爸链接相当牢于两朽个文竹件具耽有共连同的灾索引都节点馒，实哲际上壶是给夸一个承文件须取两龟个名想字。咳修改虽时同察步，倘但删带除其钻中一孟个时胜，另节一个刷仍存预在。5、UN悉IX文件招系统负的索怎引结想构UN安IX文件投系统坊采用击索引慢文件盒组织纠结构其管理断文件赢。如炮前面隐所述避，UN责IX操作厕系统壁管理沙文件洲的典柏型特箱点是逆：构造娘一个砍简单傻的目变录文原件（筛只包李含文春件名业、对鸟应的i-蜜no喷de号等魂几项拖主要显信息护），坐增加翠一项尖数据若结构始即i-湾no俊de。这遍样对文乒件管熄理即员为对i-督no恰de信息倚的管锹理。如下伍为UN内IX虽S雪ys引te扰mV的目染录结赖构：4字节25臭5字节UN断IX文件呀系统短通过慰存放提在目潮录文终件中贯的目录/文件连名及其锻相应球的索引笋节点殖号开始齿对文狸件的耗检索肉。索引节点号本记录长度文件名长度文件名系统捎通过彩目录销文件框中指触明的斧文件杨索引亩号，痰找到穴文件帅系统I节点侄区的裤索引崖节点兼表，慢通过冒索引查机制吧找到苗存储暖介质贩上的劈燕文件喝实体读。（教鹊材P1掏30图7-宣9目录僻项与键文件央实体翼对应息关系屯图）UN撞IX系统暖采用多重游索引哨表结翠构对文冤件进走行索储引。妥该结乞构采眉用间肌接索背引方吩式：子最初候索引帐项存雪放某坛一盘乓块号旦该盘横块中苏存放笼另一史组盘志块号趟……弓如此矮间接卷几级尽，最浓后一亮盘块卸中存览放的楚信息新则为觉文件劳内容渠。采用凤多重横索引使结构幅可增稻加文扶件所山需空呆间的英灵活周性，元并且砖节省倚内存─只需旁将文登件的叉最初盐索引吊信息哈（通斧常是叫直接拴或间冈接寻嫌址信哨息，脑针对转含不竟同物斑理块雷大小移的文冰件）性放置妄在活恳动I节点掩中（薄系统近内存予区）库，不哄必放碍置整庄个索浊引表徐到内咳存。（教幻玉材P1乔31图7-男10文件洞的多咏重索乌引存师储结机构图际）6、文茂件系疗统的华安装待和卸委载UN院IX文件碍系统墨可以胸根据会需要菜随时句卸载戏，由捧超级颠用户睛执行斥。系统责初启盒时，违根文冬件系宪统即鲁被自挣动安匹装。亿根文穷件系触统是你系统笋的基敢本部潮分，侵在系偏统运示行过梯程中种不可牌卸载乘。根文裹件系忧统内常容通束常包各括：披操作贯系统坟代码箩文件概；语领言编思译程叹序；梨命令缓解释凝程序撕；命左令处闸理程孕序；畜用户迷文件种。其他泪文件量系统拍（软着盘、版光盘鱼等构骆成的遣文件仪系统脸）可浑以根糟据需故要作为保子文疗件系立统动态增安装凑到主僻系统炼（根梅文件王系统丸）的斧任何壶装载劣点（忧也称敌安装售节点酷，通绸常是持空目绳录）偷中，捉即合并到系模统的拢文件没层次后结构冈中。子文赖件系爸统可面以并姿列安武装到绵主文揉件系眠统中朱，也威可实食现串善接。UN雪IX没有作逻辑冷盘符雕的概追念，堵可将匆存储搜介质侍（如养软盘宪、光府盘）烛指定巷成系够统的防某目师录（铺如/m粮nt幕/f里lo吊pp笋y或/m亏nt懒/c驾dr截om目录蔑，可脑由用御户创殿建），也就涝是将虾存储默介质驼上的摘文件终系统苹装载拍到主盲系统黄中，唉以后宏直接维访问赏装载凝点目季录。例如疲：先始把软颠盘放饲入软么驱，罗然后公执行#盗mo示un秧t雀/酸de田v/趁fd娇0株/皱mn蛇t/控fl俩op室py已安英装到批主系才统的魔子文晕件系心统可连以再行被卸公载，骄恢复阻安装惹前的付独立珍状态烧（um助ou伪nt，卸时载块君设备研文件逐系统坊）内核尺在内恢存的平系统犯区中聋设置喝了文油件系友统安新装表勾。文件誉系统阀的安蓄装过范程：确定碌提供西的设最备号肌是可璃安装凤的文恒件系鲜统设袍备；检查旨安装猪表中个有无常该文砍件系纤统的裤安装座记录耳；（秋已有逆则安攀装时盼报错垃）将该醉文件典系统狼专用致块读柔入内刷存，舱填写帽安装壤表信丑息，煮在安哗装文李件的积活动I节点久记录惩安装左标记排。文件暴系统俱的卸乖载过教程：验证麦被卸讯载文僵件系愧统设忧备可左卸载外；在安族装表贩中找燥到该筑项，旺转储创相应急的内述存专罪用块网、活卫动I节点阵等信加息，花然后畏清除层安装兵表中淹相应完信息妈；释放劝被卸榨文件翠系统慨所占交内存鱼区。7、管袭道文测件（pi梁pe）一个秋管道窗线就谜是连萄接两基个进检程的衣一个踢打开半的共脏享文柜件。吊一个窗进程艳向该善文件启写入挡信息评，另干一个清进程巩从该壶文件枯读出什信息绘，按似照FI笛