操作系统（四）——文件管理
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第四章 文件管理
[4.1.1] 初识文件管理
计算机中存放了各种各样的文件，一个文件有哪些属性？
文件内部的数据应该怎样组织起来？
文件之间又应该怎么组织起来？
从下往上看，操作系统应提供哪些功能，才能为它的上层，即方便用户、应用程序使用文件？
从上往下看，文件数据应该怎么存放在外存（磁盘）上？
从最熟悉的Windows操作系统出发。
（一）文件的属性
一个文件有哪些属性？
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（所以这个名称不向用户展示，右键-属性里也没有，这是操作系统内部自己用的）。（比如，虽然我同一目录下不能有重名文件，但是不同目录下可以有，比如两个目录下都有test.txt文件，那么该怎么区分他俩？就需要唯一标识符）
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。（用户组）
（二）文件内部的数据应该怎样组织起来
无结构文件（如文本文件）——由一些二进制或字符流组成，又称“流式文件”。
有结构文件（如数据库表）——由一组相似的记录组成，又称“记录式文件”。
记录是一组相关数据项的集合。（如上图中的一行就是一个记录）
数据项是文件系统中最基本的数据单位。（如上图中的某行某列）
有结构文件中，各个记录间应该如何组织的问题——应该顺序存放？还是用索引表来表示记录间的顺序？——这是“文件的逻辑结构”重点要探讨的问题。
（三）文件之间应该怎样组织起来
所谓的“目录”其实就是我们熟悉的“文件夹”。
用户可以自己创建一层一层的目录，各层目录中存放相应的文件。系统中的各个文件就通过一层一层的目录合理有序的组织起来了。
目录其实也是一种特殊的有结构文件（由记录组成），如何实现文件目录是之后会重点探讨的问题。
（四）操作系统应该向上提供哪些功能
向上提供的几个最基本的功能
创建文件（create系统调用）
删除文件（delete系统调用）
读文件（read系统调用）
写文件（write系统调用）
打开文件（open系统调用）
关闭文件（close系统调用）
（这里的打开、关闭文件，和我们理解的双击某文件打开、点叉号关闭是不太一样的，后续再说）
读/写文件之前，需要“打开文件”。读/写文件结束之后，需要“关闭文件”。
可以用几个基本操作完成更复杂的操作，比如“复制文件”，先创建一个新的空文件，再把原文件读入内存，再将内存中的数据写到新文件中。
操作系统在背后做的处理会在以后进行探讨。
可以“创建文件”，点击新建后，图形化交互进程在背后调用了“create系统调用”。
可以“读文件”，将文件数据读入内存，才能让CPU处理（双击后，“记事本”应用程序通过操作系统提供的“读文件”功能，即read系统调用，将文件数据从外存读入内存，并显示在屏幕上）。
可以“写文件”，将更改过的文件数据写回外存（我们在“记事本”应用程序中编辑文件内容，点击“保存”后，“记事本”应用程序通过操作系统提供的“写文件”功能，即write系统调用，将文件数据从内存写回外存）。
可以“删除文件”（点了“删除”之后，图形化交互进程通过操作系统提供的“删除文件”功能，即delete系统调用，将文件数据从外存中删除）。
（五）从上往下看，文件应如何存放在外存
与内存一样，外存也是由一个个存储单元组成的，每个存储单元可以存储一定量的数据（如1B）。每个存储单元对应一个物理地址。
类似于内存分为一个个的“内存块”，外存会分为一个个“块/磁盘块/物理块”。每个磁盘块的大小是相等的，每块一般包含2的整数幂个地址（如本例中，一块包含2102^{10}210个地址，即1KB）。同样类似的是，文件的逻辑地址也可以分为（逻辑块号，块内地址），操作系统同样需要将逻辑地址转换为外存的物理地址（物理块号，块内地址）的形式。块内地址的位数取决于磁盘块的大小。
操作系统以“块”为单位为文件分配存储空间，因此即使一个文件大小只有10B，但它依然需要占用1KB的磁盘块。外存中的数据读入内存时同样以块为单位。
文件是否应该需要存放在连续的几个磁盘块中？
文件如果比较大，是不是应该存放在离散的几个磁盘块中？
对于空闲的磁盘块，操作系统又应该怎样管理？
这些是在“文件的物理结构”部分会探讨的内容。
（六）其他需要由操作系统实现的文件管理功能
文件共享：使多个用户可以共享使用一个文件。
文件保护：如何保证不同的用户对文件有不同的操作权限。
之后会结合Windows操作系统的实际应用进行探讨。
小结
