coursera 《现代操作系统》 -- 第九周 文件系统

Posted 2020-09-08

文件的定义

文件名-> 路径名

磁盘结构 

磁臂转还是那根柱子转？

盘片被轴带动旋转，磁头读取经过的扇区的数据。

 典型的磁盘结构 一块盘呢由若干个盘片组成 每个盘片呢实际上有两个面啊，两个盘面 每一个盘面呢，它的信息的读取呢，需要一个读写磁头 若干个读写磁头呢，固定在了一个磁臂上 由磁臂带动的这些磁头，沿着半径的方向 进行移动，前后移动啊。 也就是说，我们从图上可以看到，这是磁臂 有若干磁头，那我们沿着半径方向啊，前后移动 在盘面上呢，有若干个同心圆 那么，我们把它称之为磁道。 那么这个磁道呢，实际上在磁道上是存放信息的 有若干个磁道 我们把磁道啊，划分成很多段，每一段呢 就称之为扇区。 所以我们的信息呢，实际上是存放在每一个扇区里头的 尽管有多个磁头 任何时刻呢，其实只有一个磁头处于活动状态 那么，磁臂带动着磁头沿着半径方向移动到某一个磁道 啊，当然啦，每一个盘面都有相应的磁道，把所有的磁道把它 全部啊，给它算起来，可以看成是一个柱面啊，一个柱面。 所以有的时候磁道和柱面 它的这个关系很密切啊，很密切 那么，磁头从这个盘面的某个磁，呃，扇区 读了啊信息出来，那么这个信息呢实际上是采用 的是一个位串的形式读出来的，就是一大串的 bit 啊，我们说一个位串流 好，这是关于这个磁头，读信息的时候的一个特征 另外我们看一下，盘有若干个盘面 盘上又有若干个磁道，磁道又划分成了若干个扇区，所以 你要想定位某一个扇区，就是它的一个物理地址 那么物理地址的形式呢应该由 几部分组成，首先要有磁头号，或者叫做盘面号 要有磁道号，刚才我们说的磁道号呢实际上也是等同于柱面号 还有一个是扇区号，那么我们这个 盘的话，它的扇区是它的最小单位 那么一个扇区多大呢？我们大家都知道 一个扇区，通常我们的常识是，一个扇区是 512 字节 那么这 512 字节呢，其实呢是说 存放的信息或者存放的数据是 512 字节 通常一个扇区呢还，前面还包括了一些标题，可能占了多少字节，这里写的是 10 个字节 在数据、 存放的数据后面呢还有一些 校验的啊信息啊校验的信息，那么占了若干字节 所以读一个扇区的信息出来呢，除了标题和用于 检验的信息之外，还有 512 字节呢是存放我们要的数据的 啊，这是一个典型的磁盘结构。 那么我们，当然这张图呢不是 SSD 的结构 啊，这是一个我们平常的啊，一般普通的啊，计算机里头的那个硬盘的结构，这个硬盘呢我们- 通常是叫 活动头磁盘，因为这个啊，头，磁头呢是沿着半径方向可以移动的，活动头磁盘 那么大家回去啊，可以查询有关资料 看一下 SSD 的这个盘的一个基本的这个构成是什么样子

磁盘地址与块号的转换(没看懂)

 

 

问：成组链接法(04:15秒处)

 

外文名是什么？查找 Group Link 没有找到相关

专用块是专门分出来的一部分，用来记录下一组的信息（空闲块的起始号，总的空闲块数）。

举例：当第一组还剩下一块，要把其分出去之前，由于其记录了第二组的信息，将其拷贝到专用块里头

专用块记录下一组的信息，比如有20组，那么专用块就有20个 

如何分配？

如果第一组空闲2块，文件需要3块，那么怎么存？

如何回收？

 如果超过100块，第二组专用块中的内容拷贝到到第一组第一块，第一组的内容拷贝到专用块

 

文件控制块及文件目录

文件控制块(FCB)

元数据：描述数据(文件)的数据

空闲的FCB指什么？ 

 

文件目录

图片中的"每个文件"应该是"目录下的每个文件"、“目录下的所有文件”

目录由目录项组成，目录项就是 FCB，所以目录就是该目录下所有文件的 FCB 的集合。

 

文件的物理结构

 

会用到的功能

顺序存取、随机存取

动态增长、插入、删除等操作

磁盘空间利用

性能问题：寻道时间

1. 连续存放

 

2.链接结构

 见书P155

不连续的物理块，各块之间通过指针链接

3. 索引结构

每个文件一个专用数据结构--索引表

 见书P156

 

UNIX 的三级索引结构

 

文件系统的实现

 

储存在磁盘分区上

内存中所需的文件管理数据结构

问：系统打开表与用户打开表的区别 

用户打开表不需要再记录 FCB 信息，只需要通过索引指向对应的系统打开表的FCB。

用户打开表记录更详细的信息

 

问：打开方式

为什么要区分打开方式，如只读、只写、可读写等等？ 

我的想法：

1. 为了安全

以只读打开的就不能更改

 

文件系统的实现

打开一个文件的过程

 

如何加快这个过程？

 

文件号与文件名都是定位文件的作用。

改进后的结构

改进后的查找次数

 

 

计算方法：

13——目录所占的物理块数目：128*48/512=12

分解前：最少查找1次，最多查找13次，平均7次

分解后：获得符号文件信息：最少查找1次，最多查找两次，平均1.5次；根据查找到的符号文件，去基本文件中查找信息，需要1次。共2，5次

感想：通过特征找到目标，再搜索目标的其余信息。

根据特征值建立 hash 表

 

UNIX 文件的结构详解

 

通过目录项中的 i节点号，找到i节点，从而获取文件的其他信息

 

查找示例

重点 

 

错题

文件的逻辑结构是由下列哪一项决定的？

用户

文件属性

磁盘容量

操作系统

 

https://www.coursera.org/learn/os-pku/lecture/xTcQi/wen-jian-yu-wen-jian-xi-tong

某文件系统空间的最大容量为4TB(1T=2⁴⁰)，以磁盘块为基本分配单位，磁盘块大小为1KB(2^10)。文件控制块(FCB)包含一个512B的索引表。如果索引表只采用直接索引结构，存放文件占用的磁盘块号。在该文件系统中，单个文件最大长度为多少块?

512

256

64

128

 

文件的物理结构

如果为直接索引，那么索引表有多少物理块，就等于多大。

怎么计算索引表有多少物理块？

位数

书上的计算看不懂，如 P165

操作系统的位数与 CPU 的位数是什么关系？

 

块的个数与位数有什么关系

下列关于文件索引结构的叙述中，哪些是正确的？有问题

采用索引结构会引入存储开销

系统为每个文件建立一张索引表

从文件控制块中可以找到索引表或索引表的地址

索引结构的优点是访问速度快，文件长度可以动态改

采用索引结构，逻辑上连续的文件存放在连续的物理块中

 

下列关于文件卷的叙述中，哪些是正确的？有问题

同一文件卷使用同一份管理数据(元数据)

UNIX的文件卷信息存放在超级数据块、空闲空间管理区

文件卷可以建立在磁盘分区上

格式化是在一个逻辑分区上建立管理数据的过程

FAT文件系统的文件卷信息仅保存在文件分配表中

不知道哪里错了

应该是 `FAT文件系统的文件卷信息仅保存在文件分配表中`

 

成组链接法是文件系统中可以采用的文件的物理结构。

对

错

解析：错误。成组链接法是用来管理磁盘空间的。链接法是可以采用的物理结构，变形后是

 

在文件系统中，文件的逻辑块与存储介质上物理块存放顺序一致的物理结构是索引结构。

对

错

解析：错误。索引结构的数组索引号对应的是逻辑上的存放顺序。数组中的值表示这个逻辑索引对应的物理块地址。

 

引入了当前目录的概念可以加快目录检索的速度

错

对

解析：

 

Windows的FAT文件系统中，文件的物理结构采用的是链接结构。

对

错

改进的链式结构： FAT链表