OS2013_UNIT9文件系统的实现.ppt

Unit 9 文件系统的实现 内容 　●文件的物理组织 　●文件目录的实现 　●磁盘空间的管理 　●文件共享 　●文件的访问控制 　●文件的注册与挂载 　●内核的文件管理机制 　　 　　　通过上一章的学习，我们对文件和文件系统已有了一些感性认识。但对于操作系统的设计来说，光有感性认识是不够的，需要进一步了解文件系统的实现细节，这些细节问题包括： 　　　文件的物理组织 　　　文件目录的结构 　　　文件的共享 　　　磁盘空间的管理 　　　文件的访问控制 　　　文件系统的注册与挂载 　　　内核的文件管理机制 §1 文件的物理组织 　◆连续结构 　◆链接结构 　◆索引结构 　 　　　一个文件的空间在逻辑上可看成是连续的，即一个文件由若干连续的盘块所组成。但在磁盘上可以有多种方式来组成一个文件，换言之，文件有多种物理的存储结构，常用的是：连续结构、链接结构、索引结构。 　　　文件的物理存储结构决定了文件的逻辑地址空间到文件的物理地址空间的映射方法。 1.1 连续结构 　　　又称顺序结构。指一个文件由若干相邻的盘块所组成。称这种结构的文件为连续（顺序）文件。 　　　这是一种最简单的文件物理结构，且读写效率很高，因为一次寻道就可完成整个文件的读写。数据库文件就要求是连续结构，所以装数据库的话最好是在一个空的卷上装，如果装在一个已装了很多文件的卷上，就会发现该数据库系统运行很慢。图9-1为文件的连续结构示意图。 　　　连续结构的优点是保证了文件的逻辑块的顺序与物理块的顺序相一致，支持随机存取，读写速度快。缺点是： 　　 　①要求在建立文件时给定文件的最大长度，以便系统分配足够的地址连续的盘块，显然这不利于文件的动态增长； 　　②在频繁的文件创建和删除之后，存在卷空间的外碎片问题，使得卷空间的利用率不高。 1.2 链接结构 　　　这是一种非连续结构。一个文件可由若干离散的盘块所组成，但需为每块设置一个链接字，用于指出下一块的块号。称这种结构的文件为链接文件。 　　　其优点是： 　　　①一个文件不要求占用连续的卷空间，因此消除了外碎片问题，文件卷的利用率较高； 　　　②一个文件可以以块为单位动态地增长和删除，易于文件的动态增删。 　　　链接结构又分为隐式链接和显式链接两种： 　　　(1)隐式链接　 　　　在文件的FCB中指明该文件的首块号，并在每个盘块内设置一个链接字next。 　　　(2)显式链接　 　　　把一个文件系统中所有盘块的链接字集中存放在一个专门设置的“块链接表”中，表目数为该文件系统的盘块总数，表目号对应盘块号，表目内容是该盘块的链接字。 　　　显式链接较之隐式链接明显减少了访盘次数，因为对盘块的寻址只需在块链接表上进行，故容易实现对文件的随机存取，但块链接表本身相当大，调入内存后需占较大的内存空间。例如，对于一个2GB的磁盘文件系统，设盘块的大小为2KB，则共有1M块，块号需用长整型数（32位，占4个字节）表示，于是一个盘块可存放256个块号，而块链接表需占4096个盘块，调入内存需占4096个实页面。 　　　显式链接结构，也称块链接表结构，是被广泛采用的文件物理结构之一。DOS、Windows 2000/XP均支持这种结构，并称块链接表为“文件分配表”（FAT），称采用这种结构的文件系统为FAT文件系统。 　　　FAT文件系统又分为FAT12、FAT16、FAT32三种。它们的区别在于用来表示磁盘地址的内存字位数。如果用12位来表示磁盘地址，则是FAT12，用16位表示就是FAT16。不过FAT32却并不是使用32位来表示磁盘地址，实际上是用了28位。 1.3 索引结构 　　　这也是一种非连续结构，通过为每个文件建立一张索引表来实现文件的逻辑空间与物理空间之间的映射。 　　　索引表的格式类似于内存管理中的页表。表目数为该文件占用的盘块数，表目号对应文件自然排序的逻辑块号，表目内容是盘块号。 　　　索引表是在文件建立时由文件系统动态建立的，且与该文件一起存储在同一文件卷上。在FCB中指出索引表所占用盘块的块号（索引块号）。对于一个较大的文件，其索引表可能要占用几个盘块，解决方案可采用二级索引，如图9-5所示。一级索引表占1个盘块，它的每个表项的内容为一个二级索引表的指针，设1个盘块可装有n个索引表表项，于是一共可有n个二级索引表，因此，一个二级索引文件最多可含有n×n个盘块。 　　　对于超大型文件，可进一步采用多级索引表。 　　　索引结构的优点是访问速度快，文件长度可以动态变化。缺点是存储开销大，因为每个文件有一个索引表，而 　　　 　索引表亦由盘块存储，故需要占用额外的卷空间。另外，当文件被打开时，索引表需要读入内存，故又需要占用额外的内存空间，当同时打开的文件很多时，内存开销是可观的。 §2 文件目录的实