操作系统中的文件系统

文件系统 进程,地址空间,文件这些抽象概念均是操作系统中的重要概念,如果理解了这三个概念,就迈上了成为一个操作系统专家的道路。 文件系统存放在磁盘上,多数磁盘划分为一个/多个分区,每个分区有一个独立的文件系统,磁盘的0号扇区称为主引导记录,也就是MBR,用来引导计算机,MBR的结尾就是分区表了。该表给出了每个分区的起始和结束地址。表中的一个分区被标记为活动分区。在计算机被引导时,BIOS读入并执行MBR,MBR做的第一件事就是确定活动分区,读入他的第一个块,称为引导块,并执行之,引导块中的程度将装载该分区中的操作系统,为统一起见,每个分区都从一个启动块开始,即使它不含有一个可以启动的操作系统。 文件的实现: 1.连续分配,每个文件作为一连串连续数据存储在磁盘上。实现简单,读操作性能好,一次就可以了。但不足是删除之后不能移动,因为成本太高,使得空块增多。碎片化严重。更诡异的是对于文件编辑软件,实现无法准确预测大小,如果预测错了。。就跪了。 //研究那些具有清晰和简洁概念的老式系统和思想是很重要的,因为他们可能以一种令人吃惊的方式在未来系统中获得应用。

2.链表分配 为每个文件构造磁盘块链表,一个文件分为N个文件块,N个文件块构成一个链表,存储在物理上的多个地方。顺序读取很方便,但随机读取则相当缓慢,由于指针的存在,每个磁盘块存储数据的字节不再是2的整数次幂,导致系统运行效率降低,因为很多程序都是以2的整数次幂来读写磁盘的。

3.在内存中采用表的链表分配 去除每个文件块在磁盘上的指针字,放入内存的一个表上,就可以解决上一个分配的不足。直观的例子如图。 文件A使用了磁盘块4,7,2,10,12

内存中这样的表格称为文件分配表,也就是FAT了。主要缺点是对于大磁盘的小块,这种表需要的内存占用太大。。不太适用。

4.i节点 记录各个文件包含哪些磁盘块的方法是给每个文件赋予一个称为i节点的数据结构,其中类除了文件属性和文件块的磁盘地址.相对于在内存中采用表的方式,这种机制的优势在于只有对应文件打开时,其i节点才进入内存.

文件系统的一致性检查分为两种:块的一致性检查和文件的一致性检查.构造两张表,一张跟踪块在文件中的出现次数,另一张跟踪该块在空闲表中的出现次数,如果一致,则某一块必然在两个表中1/2中为1,如果某一块没有出现在任何一张表中,则称为块丢失,浪费了磁盘空间.解决方法是让文件系统检验程序把他们加入到空闲表中 如果在空闲表中出现了两次.则重新建议建议空闲表即可. 如果在文件表中出现了两次.则比较麻烦.

文件系统性能 1.高速缓存,最常用,指的是一系列的块,逻辑上属于磁盘.但实际上被保存在内存上.基本算法是检查全部的读请求,查看在高速缓存中是否有所需要的块,如果存在,就读,否则读入高速缓存在复制到其他地方. 2.块提前读,在需要用到块之前,试图提前将其写入高速缓存,从而提高命中率.比如某个文件有n个块,则请求k块的时候,则同时预读k+1块.只适用于顺序读取的文件,对随机读取文件,则没有效果/反效果. 3.减少磁盘臂运动 把所有可能顺序读取的块放在一起,当然最好是放在同一个柱面上,从而减少磁盘臂的移动次数.

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