第一节

文件基本概念

文件本身即为计算机中的数据集合，操作系统对数据的管理诞生文件系统

系统运行时，以进程为基本单位分配和调度；I/O，以文件为基本单位分配资源与调用

文件类型

知晓基本概念对应类别即可；普通文件为数据集、目录文件为目录集

I/O，相关设备为特殊文件

文件控制块

用于形容、描述一片有序数据集的标签；内包含信息需要背诵，含文件属性与基本信息

基本结构：文件控制块->数据块

目录与索引

文件控制块即为目录项，连续存放的目录项组合成目录文件；目录文件与数据分区存放

基本查询结构：目录->目录项->数据块

为加速目录查询过程缩减目录项内容，增设索引块，目录项指向索引块，索引块存信息

基本查询结构：目录->目录项->索引节点->数据块

磁盘索引、内存索引：其内容同样需要背诵

磁盘索引内容即为文件基本描述信息与内容，相当于文件控制块描述信息

内存索引存放于内存中的系统打开文件表的表项内，被进程所共享，增设使用信息

文件基本操作

文件基本操作：创、删、读、写、打开、关闭，见补充知识体系，书上不够完整

系统打开文件表、进程打开文件表：

系统首次打开某文件，将其索引节点/文件控制块调入内存系统打开文件表

系统非首次打开某文件，进程仅在自身打开文件表内增设表项

因而，进程增设，系统不一定增设，系统增设，进程一定会增设表项

多进程情况下，调用OPEN，不一定新增系统表项，不一定I/O，什么都不会是一定的

系统打开文件表的表项为全进程共享内容，进程打开文件表为私有、独立进程内容

首次打开文件需要使用文件名，后续操作均不再使用文件名，而用文件描述符

进程自身不再使用文件，释放打开文件表对应表项即可

系统而言，当彻底没有进程需要该文件时，将系统打开文件表该表项移除

注：硬链接系统表不增设，进程表增设；软链接系统表增设，进程表同样增设

打开文件表项：

系统打开文件表公用部分：文件指针、文件打开计数、文件磁盘位置

进程私有部分：访问权限（代指进程对该文件的访问权限，而非文件持有的权限矩阵）

文件保护

基本方式：口令保护、加密方式；存取访问权限控制（权限矩阵）

注：前二者并未对用户权限进行控制，唯有后者对权限进行真正的访问控制

注：该访问矩阵必须是用户数·控制权限量的矩阵，因为是文件持有，针对系统全体

文件逻辑结构

操作系统提供文件逻辑服务的目的即为满足用户需求，于内核而言只需物理结构即可

逻辑结构在某些情况下也基于存储介质，例如磁带必须由顺序文件支持

无结构文件：毫无规律性的数据集，流式文件

有结构文件：顺序文件、索引文件、索引顺序文件，数据结构

顺序文件：有序、无序；记录定长或不定长；增删改查效率较低；连续读取效率高；

索引文件：变长记录依靠索引表改造为定长顺序文件；定长顺序逻辑上随机存取

索引顺序：组内随意、组间关键词有序、每组一个索引；多级索引，查询速度较快

哈希：存取极快、会产生冲突

注：索引文件的索引号同样可以隐藏，通用思想

注：统考中所提及的顺序文件含义为物理上连续存储的文件(暂未确认)

文件物理结构

注：目录内容既可以指代索引结点内容，也可以指代进程控制块内容

连续分配、隐式链接、显式链接、索引分配

统考实际上并未对相关数据结构进行如此细致的考察，但可以方便理解和掌握

连续分配：数据结构上为数组

隐式链接：数据结构上为单链表

注：尾插处有误，建议以思维导图内容为参考

显式链接：数据结构上为静态链表

整个系统只有一个FAT

索引分配：数据结构上类似页表，提供逻辑块号到物理块号的映射

一个文件一个索引块，甚至可以有多个索引块；分为单级索引、多级索引、混合索引

注：一级索引含义即为一个索引表，多个数据块，略微需要注意混淆可能性

随记

重点：系统调用不同文件名打开的文件，依旧可是同一文件；软链接下即为此

读取文件步骤：寻找目录项->读取文件控制块/索引块->得到数据块

但凡读取过一次且文件依旧处于打开状态，后续就可以省略寻找目录项的步骤

关闭文件本身只写回文件控制块更新信息，文件内容的更新只可在读写系统调用中产生

读写文件操作一般性步骤：找到目录项->查询权限->地址转换->硬件执行

异步I/O，异步的目的基本是为了平衡两者之间的速度差异，使得两者并行运行

存储介质某些情况下会决定物理结构与逻辑结构，磁带，必须是顺序文件才能支持

对于READ、WRITE、CLOSE，这一类系统调用，隐性提示已经打开文件，不会用文件名

因为只有在文件打开情况下才可能使用此类系统调用，统考重点考点

索引节点位数，说明最多可存在多少个索引节点，以此作为磁盘文件数量上限

位于文件控制块中的访问权限控制必然为矩阵，位于进程打开文件表为权限向量

内存映射文件，即为系统打开文件中的共享文件，各进程可写可读，实现通信

注：文件均为请求调入式，常驻内存的不会是文件数据块

读盘、写盘次数，I/O次数、磁盘开销、数据结构联合考察法统考考察较多

相关细节即为注意目录项、索引块等是否调入内存，这步对总体答案选择影响较大

若系统已经打开文件，文件的索引项、文件控制块是存入内存的，不需再访盘

真题汇总

6：只读类型的文件，最适合用顺序存储，访问速度快内存占用率高

7：起始块号顶多影响可存储文件总数，不影响文件最长长度，但最好占满全空间

8：统考中以综合题形式考察读盘/写盘次数，参考如上，视作一般链表操作

注：谈及文件长度时，不考虑索引块所占位数，只考虑数据块所占长度

注：需要修改磁盘对应块号内容，必须先读盘调入内存，内存中修改，再写回磁盘内

注：对于磁盘修改内容的写回采用回写法，而不可能采用全写法

9：考察知识点较为综合

(1)目录文件内容，仅有其下级目录、文件的文件名和对应的描述信息，该有簇号

(2)此处考察的文件分配表大小，从表内簇位数推测，簇号位数表明最多可支持多少簇

自然可以据此得出簇、文件分配表的最大数量和长度，以及文件的长度

(3)FTA，结构即为盘块号、下一块盘块号，对同文件自然以静态链接，100->106->108

(4)即使目录项内不存放首簇，对簇的读取也是直接式的，不可能产生多次访盘

因为静态链表存在于内存，只需要知道对应块号起始，即可多次访存得到所需块号

11：此类模式再度考察，需要作为重点看待

(1)同上，目录文件中仅保持子目录、子文件的目录项，不保持自身映射

(2)可知索引节点与另一文件相同，意味着硬链接，指向同一文件

(3)上级目录保存子文件、子目录的目录项，从目录项可知该文件的文件索引节点号

区分打开文件与将文件读入内存，打开文件只需要把索引块读入内存即可

而将文件读入内存则需要把索引块、文件数据块全部读入内存，同时注意审题

题设：后续的块号指的是存储位置块号，而不是存储的数量，明确这一点，读取两次

(4)运算直接、间接相应表示长度即可得出需要几次间接

综合题

2：属于较难的计算题，关键在于很难意识到对磁盘块的访问是不均匀的，因为未满

这一点在数据结构的计算题中也可能会涉及，需要留意

3：FAT、索引分配块、页表、中断向量表、段表、多级页表、网络包序号都隐含序号

因而，存储容量的计算上只需要计算一半即可，不需要计算隐含序号

4：读取“第”，只需要按索引访存即可，如果是读取“前”几块，那就顺序访问

5：十三个地址项的大小并非十三位，地址项是有一定大小的，4B·13

第二节

目录基本概念

目录项连续存放的有序集合即为目录，目录为查询服务，目录项有精简与非精简两类

目录基本结构

统考低频考点，大致理解各自特征即可

单级目录：全系统一张目录表、每文件一个目录项、查询慢、不允许重名、单用户

两级目录：主文件目录表、用户文件目录表、同用户目录不可重名、无法分类、不灵活

树形目录：每个文件的路径名唯一、用户默认目录、可变当前目录，开销高

无环图目录：文件共享，存在共享计数器、无人引用方才释放(内存中的打开文件表项)

注：不论何种目录，其首先均是寻找到目录项，然后才能读取文件数据块

目录实现

同样低频考点，大致理解即可

线性列表：顺序表、链表实现；顺序访问、查询慢、链表增删略优于顺序表(数组)

哈希表：提供文件名与线性列表指针的哈希函数，查询极快，但需处理冲突

文件共享

历年统考落点考频较高，需要重点掌握

基本内容：硬链接、软链接

随记

硬链接基于索引结点，软链接文内并未提及

树形存储查询路径若一个分量未找到就应该停止寻找、不必每次都从根目录找

任何目录的检索结果均是得到页表项，间接得到索引号、进程控制块

一级目录即为直接目录，当前目录结果直接指向数据块或者索引块，无间接

文件描述符就是文件索引号，得到文件索引号后还需访索引节点，然后再访问数据块

硬链接、软链接的绘图，只需要根据书上给出的模型套模板即可，考点

读写指针是各个进程私有的内容，不可能被共享

综合题

2：不一定能被删除，若是硬链接无法被删除，若是软链接即可被删除，目录同理

题设给定链接，没有说明链接情况，就是没法判断是否能够删除

3：文件保护由文件控制块持有的权限矩阵实现，若要修改权限，必须修改权限矩阵

5：连续文件的访盘可以直接计算得出对应盘号，因而只需一次访盘

第三节

文件系统的目的一方面是外存映射、一方面是实现按名查询

文件系统分层结构

背诵类内容，单纯从背诵角度看即，配合习题背诵

磁盘初始化过程

磁盘低级格式化到存在磁道、扇区

磁盘分区，产生主引导记录、分区引导记录；只有结构没内容

磁盘逻辑格式化，装载文件系统、装载操作系统

操作系统引导过程

BIOS先进行自检（硬件自检），寻找默认引导设备（可能是磁盘、U盘、光盘、硬盘）

加载引导设备的零号块区，称为主引导记录（MBR），加载分区表和加载程序入内存

BIOS中的程序转交权利由MBR中的加载程序寻找活动分区

找到后加载活动分区零号块区（PBR），并转交权利给PBR的加载程序寻找启动管理器

启动管理器从该分区内引导操作系统初始化程序入内存

名称解释

MBR中的内容：分区表、小型加载程序、引导签名（验证有效性）

PBR中的内容：小型加载程序、文件系统、引导签名；

MBR，在引导设备的零号扇区；PBR，在活动分区的零号扇区；

一般指代的活动分区即为，E盘、C盘、D盘，这一类磁盘内主动分盘；

文件系统布局

文件系统不一定处于活动分区，任意分区都可以拥有自己的文件系统

文件系统关键信息包含在超级块中，该分区同一般分区一样，有自己的引导块

超级块一般会被读入内存，并且时常保持与磁盘文件系统的一致性

外存空间管理

包含文件分区的分区被称为卷，分区的大小是随意的，分区内目录和文件单独存放

空闲表法、空闲盘块链、空闲盘区链、位示图、成组链接法

注：复习要点为把握相应数据结构和对应优缺点，以位数图为核心，其余为辅

成组链接法的分配、回收主要在于某盘块栈分配完、回收满的处理

注：成组链接法的基础数据结构在新书上有绘制，但具体操作步骤并没有具体背诵过

虚拟文件系统

虚拟文件系统只存在于内存中，其相当于一个统一者、协调的文件系统

隐蔽了一切冲突问题，让用户能够无视文件系统差异自由操作，调用函数即可

它会具体安排好到底应该执行什么、到哪执行

具体考察名称：超级块对象、索引节点对象、目录项对象、文件对象

文件系统挂载

理解为文件系统需要首先挂载到某个目录下才可使用

随记

统考中唯一命题点即为位示图，常考察位数图位置与磁盘、文件位置关系

需要注意的即为零开还是一开、题设询问的单位

FAT，同时兼文件数据管理、空闲块管理、坏块管理三大功能于一身

文件管理是对已用存储区的管理，文件存储空间管理是对未用存储空间的管理

重点：磁盘块号的顺序分配法则，柱面从上到下，从内到外

存储保护和存取保护：

存储保护主要针对内存，目的是防止进程之间的非法内存访问，保障系统稳定性和进程隔离，通常由硬件和操作系统共同实现

存取保护主要针对文件系统或其他资源，目的是控制用户或进程对这些资源的访问权限，确保资源的安全和正确使用，通常由操作系统和文件系统实现

UNIX：采取文件名+索引的目录结构，采用树状目录，磁盘交换区也有独立方式