操作系统（4） -- 文件管理、IO管理

Posted 2023-05-12

参考技术A

引入—为解决变长记录文件的顺序存取低效问题。
索引文件—为变长记录文件建立一张索引表。

与文件管理系统和文件集合相关联的是文件目录。包含文件的相关信息，如：属性、位置和所有权等。
对目录管理的要求如下：

从文件管理角度看，文件由FCB和文件体（文件本身）两部分组成。

文件控制块是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了文件的有关说明信息，是文件存在的标志。
FCB 中的信息：

文件目录
把所有的FCB组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合。
目录项
构成文件目录的项目（目录项就是FCB）
目录文件
为了实现对文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存，称为目录文件。

所有的用户使用一个目录

为每个用户创建一个单独的目录

在两级目录中若允许用户建立自己的子目录，则形成3级或多级目录结构（即树型目录结构）

一盘磁带、一张光盘片、一个硬盘分区或一张软盘片都称为一 卷 ，卷是存储介质的物理单位。一个卷可以保存一个文件或多个文件，也可以一个文件保存在多个卷上。
块 是存储介质上连续信息所组成的一个区域，也叫做物理记录。块是主存储器和辅助存储设备进行信息交换的物理单位，每次总是交换一块或整数块信息。

每个文件在磁盘上占用一组连续的物理块。磁盘地址构成一个线性空间，文件逻辑块顺序与文件物理块顺序相同。

磁盘块分配方法：

可以通过合并(consolidation)将一个文件的各个簇连续存放，以提高I/O访问性能。

链接表FAT，每项保存下一块链接地址，整个磁盘仅设置一张。

链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存在的问题， 但又出现了另外两个问题， 即：

为每一个文件分配一个索引块（表），再把分配给该文件的所有块号，都记录在该索引块中。故索引块就是一个含有许多块号地址的数组。

优点 :

缺点 :

索引顺序文件

程序直接控制方式 是指由程序直接控制内存或CPU和外围设备之间进行信息传送的方式。通常又称为“忙—等”方式或循环测试方式。
（1）把一个启动位为“1”的控制字写入该设备的控制状态寄存器。
（2）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。
（3）测试控制状态寄存中的“完成位”，若为0，转（2），否则转（4）。
（4）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走进行实际的输出。

（1）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。
（2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。
（3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向CPU发出中断请求信号。CPU在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。
（4）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继续执行。
（5）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请求并得到获取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。

DMA方式又称直接内存访问（Direct Memory Access）方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据交换通路。DMA采用总线周期挪用实现I/O。

缓冲（Buffering） - 在设备之间传送数据时，（暂时）保存数据。

单缓冲是操作系统提供的最简单的一种缓冲形式。每当一个进程发出一个I/O请求时，操作系统便在主存中为之分配一个缓冲区，该缓冲区用来临时存放输入/输出数据。
设备先把数据写入缓冲区，然后用户进程从缓冲区读走数据。

从自由主存中分配一组缓冲区即可构成缓冲池。

缓冲区可以在收容输入、提取输入、收容输出和提取输出四种方式下工作。

F指向队首，L指向队尾。（emq指空缓冲区队列，inq装满输入数据的输入缓冲队列 ，out装满输出数据的输出缓冲队列 ）

Linux的磁盘管理

磁盘的工作原理 --物理概念
　　磁道 磁头 扇区 柱面

　　磁盘的分类：机械盘（接口IO） 固态盘
　　　　IO --串行SATA SCSI(ISCSI) 并行ATA
　　　　FC二层协议

　　文件系统--逻辑概念
　　　　磁盘必须要有文件系统（数据存储） -- 数据库（数据管理平台）
　　　　windows fat32 ntfs
　　　　linux 单文件系统 -- ext2 3 4 xfs

　　　　iNode -- 索引空间（文件属性）
　　　　block -- 存储空间
　　　　数据存储过程、数据复制过程、数据删除过程

　　　　fdisk -- 磁盘分区
　　　　parted
　　　　mkfs 创建文件系统
　　　　mount 挂载
　　　　-a /etc/fstab 开机自动挂载
　　　　umount 卸载
　　　　指定挂载点或者挂载文件

　　动态管理--LVM逻辑卷管理
　　　　linux内核模块 -- dm
　　　　　　先定义PV（物理卷）--再定义VG（卷组）--最后从VG中获取空间 LV（逻辑卷）

　　　　优点：
　　　　　　可以自由删除或添加空间，不再需要重新定义分区
　　　　　　动态的可增加，可减少空间内存
　　　　　　pvcreate vgcreate 命名 lv -l | -L 指定大小 -n 指定名字
　　　　　　lvextend -- 添加磁盘空间
　　　　　　lvreduce -- 删除磁盘空间

　　　　最后一个操作：
　　　　　　做镜像lv命令可以为lv逻辑分区做磁盘镜像；
　　　　　　这个功能和数据库一块儿使用，实现数据备份；
　　　　　　lvcreate -n Morrie_LV -s -p r -L 1000M /dev/mapper/VGname-LVname
　　　　　　/dev/VGname/LVname

　　　　磁盘冗余--RAID磁盘管理
　　　　　　（软RAID）linux内核模块--md
　　　　　　　　廉价的冗余磁盘阵列
　　　　　　　　独立的冗余磁盘阵列
　　　　　　　　　　1、冗余
　　　　　　　　　　2、提高读写性能
　　　　　　　　　　　　raid0--条带技术（重新将数据做一个区分）
　　　　　　　　　　　　　　没有满足数据的冗余性，只提高了读写速度
　　　　　　　　　　　　raid1--镜像技术
　　　　　　　　　　　　　　没有提高读写速度，反而变慢了
　　　　　　　　　　　　raid4--校验盘 3块盘（raid降级）
　　　　　　　　　　　　raid5--将校验值分别存储于多块盘上
　　　　　　　　　　　　raid6--二次校验
　　　　　　　　　　　　raid10--先做raid1，再做raid0
　　　　　　　　　　　　raid01--先做raid0，再做raid1

　　　　　　　　硬raid--需要raid卡来实现
　　　　　　　　软raid--使用md模块，让性能变差，降低cpu的性能，工作中见不到
　　　　　　　　　　　　如果做软raid，不能用分区做raid，要用磁盘做

　　　　　　　　　　　　mdadm--磁盘管理

　　　　　　　　磁盘的命名：
　　　　　　　　　　sd
　　　　　　　　　　md 做raid以后的磁盘
　　　　　　　　　　hd
　　　　　　　　　　vd

　　RAID磁盘管理