操作系统4.1.3 文件目录

ゝ一纸荒年。 2023-02-23 12:28 16阅读 0赞

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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 ###

1.  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
2.  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
3.  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
4.  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
5.  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)。

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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。

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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：**

1.  刚开始从外存读入根目录的目录表
2.  找到“照片”目录的存放位置后，从外存读入对应的目录表
3.  再找到“2015-08”目录的存放位置，再从外存读入对应的目录表
4.  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**

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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。

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**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 ###

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本节内容非常重要，极易出选择题。

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