操作系统ch6.4文件系统其他功能解析

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1、6.4文件系统其他功能的实现 6.4.1 文件系统调用的实现 6.4.2 UNIX文件系统调用 6.4.3 文件卷的安装和使用 6.4.4 文件共享 6.4.5 层次式文件系统模型 6.4.6 辅存空间管理 6.4.7 内存映射文件 6.4.8 虚拟文件系统 6.4.1 文件操作的实现 文件系统提供给用户程序的一 组系统调用，包括：建立、打 开、关闭、撤销、读、写和控 制，通过这些系统调用用户能 获得文件系统的各种服务。 建立文件(1) 用户把信息作为一个文件存放到 存储设备上时，使用建立操作向 系统提出建立一个文件的要求。 用户使用建立系统调用时， 通常应提供以下参数： 建立文件(2) 建立

2、系统调用的主要工作 根据设备类（号）在相应设备上建立一 个文件目录，返回用户文件标识； 将文件名及属性等数据填入文件目录； 调用辅存空间管理程序，为文件分配第 一个物理块； 需要时发出装卷信息（如磁带）； 在活动文件表中登记该文件有关信息， 文件定位，卷标处理； 打开文件(1) 使用已建立的文件前，通过打开 文件操作建立文件和用户间的联 系 打开文件可使用显式、可使用隐式 用户打开文件时需要给出文件名和 设备类（号） 打开文件(2) 打开系统调用的主要工作 在活动文件表中申请空项，存放该文件 的文件目录信息； 根据文件名查找目录文件，找到的文件 目录信息复制到活动文件表占用栏； 若打开的是共享

3、文件，应有相应处理， 共享文件用户数加； 文件定位，卷标处理； 读写文件(1) 文件打开后，可用读写系统 调用访问文件，应给出参数： 文件名、主存缓冲地址、读写 的字节个数等。 读写文件(2) 读写系统调用的主要工作 按文件名从活动文件表中找到该文件 的目录： 按存取控制说明检查访问合法性； 根据文件目录指出的该文件的逻辑和 物理组织方式将逻辑记录号或字符个 数转换成物理块号； 向设备管理发I/O请求，完成数据传 输操作。 关闭文件 文件使用完毕应关闭，以便让别的使用者 用此文件。此操作的主要工作： 将活动文件表中该文件的当前使用用户 减；若此值为，则撤销此表目； 若活动文件表目内容已被改过，

4、应先将表 目内容写回文件存储器上相应表目中，以 使文件目录保持最新状态； 卷定位工作。 撤销文件 一个文件不再需要时，可向系统提 出撤销文件，系统的主要工作是： 若文件没有关闭，先做关闭工作； 若为共享文件，应进行联访处理； 在目录文件中删去相应目录项； 释放文件占用的文件存储空间。 6.4.2UNIX文件系统调用 UNIX文件系统调用主要包括 ：打开和关闭，文件创建和删 除，文件连接和解除连接，文 件读和写，以及文件随机访问 。 UNIX文件系统数据结构及 存储器上的组织安排(1) UNIX文件系统数据结构及 存储器上的组织安排(2) 专用块 包括：i节点表所占盘块数、文件 卷盘块数、内存中

5、登记的空闲盘块 数(最多100)、内存中登记的空闲 块的物理块号、内存中登记的空闲 i节点数(最多100)、内存中登记的 空闲i节点编号，及其他管理信息 。 UNIX文件系统数据结构及 存储器上的组织安排(3) 专用块 既有盘位示图的功能，又记录了整 个文件卷的控制数据。每当一个块 设备作为文件卷被安装时，该设备 的专用块就要复制到内存专用块中 备用，而拆卸文件卷时，修改过的 专用块需复制回设备的专用块中。 UNIX文件系统数据结构及 存储器上的组织安排(4) i节点表 存放UNIX文件控制块信息， 又分外存文件i节点表和内存 活动i节点表，后者解决了频 繁访问i节点表的效率问题。 UNIX文

6、件系统数据结构及 存储器上的组织安排(5) 用户打开文件表 进程user结构中数组u-ofile15为 用户打开文件表。登记序号为文 件描述符fd，每项登记了系统打 开文件表的入口指针fp。通过此 系统打开文件表项连接到打开文 件的活动i节点。 UNIX文件系统数据结构及 存储器上的组织安排(6) 系统打开文件表 为解决多用户共享文件、父 子进程共享文件而设置的数 据结构，内存开辟了最多可 登记100项的系统打开文件表 区域。 UNIX文件系统数据结构及 存储器上的组织安排(7) 文件卷安装表 反映文件卷动态地在根文 件设备上装卸情况的数据 结构。 UNIX文件系统调用 (1) (1)文件的创

7、建 系统调用C语言格式为： int fd, mode; char *filenamep; fd = creat (filenamep, mode); UNIX文件系统调用 (2) 文件创建执行过程(1) 为新文件分配索引节点和活动索引 节点，并把索引节点编号与文件分 量名组成新目录项，记到目录中。 在新文件所对应的活动索引节点中 置初值，包括置存取权限i_mode， 连接计数i_nlink等。 UNIX文件系统调用 (3) 文件创建执行过程(2) 分配用户打开文件表项和系统打 开文件表项，置表项初值。包括在 f_flag中置“写”标志，读写位移 f_offset清“0”。把各表项及文件 对应的

8、活动索引节点用指针连接起 来，把文件描述字返回给调用者。 UNIX文件系统调用 (4) (2) 文件的删除 删除把指定文件从所在的目录文 件中除去。如果没有连接用户 (i_link 为“1”)，还要把文件占 用的存储空间释放。删除系统调 用形式为：unlink (filenamep)。在 执行删除时，必须要求用户对该 文件具有“写”操作权。 UNIX文件系统调用 (5) (3)文件的打开(1) 调用方式为： int fd, mode; char * filenamep; fd = open (filenamep, mode); UNIX文件系统调用 (6) 文件打开执行过程(2) 检索目录，把

9、它的外存索引节点 复制到活动索引节点表。 根据参数mode核对权限，如果 非法，则这次打开失败。 UNIX文件系统调用 (7) 文件打开执行过程(3) 当“打开”合法时，为文件分配 用户打开文件表项和系统打开文 件表项，并为表项设置初值。通 过指针建立这些表项与活动索引 节点间的联系。把文件描述字， 即用户打开文件表中相应文件表 项的序号返回给调用者。 UNIX文件系统调用 (8) (4)文件的关闭(1) 调用方式为： int fd; close (fd); UNIX文件系统调用 (10) 文件的关闭(2) 根据fd找到用户打开文件表项，继而 找到系统打开文件表项。释放用户打 开文件表项。 把

10、对应的系统打开文件表项中的 f_count减“1”，如果不为“0”，说 明还有进程共享这一表项，不用释放 表项直接返回；否则释放这个表项， 并找到与之连接的活动索引节点。 UNIX文件系统调用 (11) 文件的关闭(3) 把活动索引节点中的i_count减 “1”，若不为“0”，表明还有 用户进程正在使用该文件，不用 释放该而直接返回，否则在把该 活动索引节点中的内容复制回文 件卷上的相应索引节点中后，释 放该活动索引节点。 UNIX文件系统调用 (12) (5)读文件(1) 调用的形式为： int nr, fd, count; char buf nr = read (fd, buf, cou

11、nt); UNIX文件系统调用 (13) 读文件(2) 系统根据f_flag中的信息，检查读 操作合法性，再根据当前位移量 f_offset值，要求读出的字节数， 及活动索引节点中i_addr指出的文 件物理块存放地址，把相应的物 理块读到缓冲区中，然后再送到 bufp指向的用户内存区中。 UNIX文件系统调用 (14) 读文件(3) UNIX文件系统调用 (15) (6)写文件 调用的形式为： nw = write (fd, buf, count); buf是信息传送的源地址，即 把buf所指向的用户内存区中 的信息，写入到文件中。 UNIX文件系统调用 (16) (7)文件的随机存取(1)

12、 系统调用的形式为： long lseek; long offset; int whence, fd; lseek (fd, offset, whence); UNIX文件系统调用 (17) 文件的随机存取(2) 文件描述字fd必须指向一个用读 或写方式打开的文件，当whence 是“0”时，则f_offset被置为 offset，当whence是“1”时，则 f_offset被置为文件当前位置加 上offset。 6.4.3文件卷的安装和使用(1) 文件系统结构 基本 文件系统 子文件 系统1 子文件 系统2 子文件 系统n 文件卷的安装和使用(2) 文件卷的动态安装 文件卷的动态安装过程

13、文件卷的拆卸 6.4.4文件共享 1文件的静态共享 2文件的动态共享 3文件的符号链接共享 1文件的静态共享(1) 系统调用形式为： chat * oldnamep, * newnamep; link (oldnamep, newnamep); 文件的静态共享(2) 检索目录找到oldnamep所指向文件 的索引节点inode编号。 再次检索目录找到newnamep所指 文件的父目录文件，并把已存在文 件的索引节点inode编号与别名构成 一个目录项，记入到该目录中去。 把已存在文件索引节点inode的连接 计数i_nlink加“1”。 文件的静态共享(3) 链接实际上是共享已存在文件的索 引

14、节点inode，完成链接的系统调用 ： link(“/usr/fei1/myfile.c”,”/usr/fei2/myfile.c”)； link(“/usr/fei1/myfile.c”,”/usr/include/testfile.c”)； 执行后，三个路径名指的是同一个 文件：/usr/fei1/myfile.c， /usr/fei2/myfile.c， /usr/include/testfile.c。 文件的静态共享(4) tty00 devbinlibetcusr tty01 shdate cc who passwd UNIX fei1 myfile.c gettyinclude f

15、ei2 testfile.c 文件的静态共享(5) 文件解除链接调用形式为： unlink (namep) 解除链接与文件删除执行的是同一 系统调用代码。删除文件是从文件 主角度讲的，解除文件连接是从共 享文件的其他用户角度讲的。都要 删去目录项，把i_nlink减“1”，不 过，只有当i_nlink减为“0”时，才 真正删除文件。 2文件的动态共享(1) 文件动态共享是系统中不同的用户 进程或同一用户的不同进程并发地 访问同一文件。 这种共享关系只有当用户进程存在 时才可能出现，一旦用户的进程消 亡，其共享关系也就自动消失。 文件的动态共享(2) UNIX文件的每次读写由一个读/ 写位移指针

16、指出要读写的位置。 现在的问题是：若文件可以为多 个进程所共享，那么，应让多个 进程共用同一个读/写位移，还是 各个进程具有各自的读写位移呢 ？ 文件的动态共享(3) 同一用户父、子进程协同完成任务，使 用同一读/写位移，同步地对文件进行 操作。 该位移指针宜放在相应文件的活动索引 节点中。当用系统调用fork建立子进程 时，父进程的user结构被复制到子进程 的user结构中，使两个进程的打开文件 表指向同一活动的索引节点，达到共享 同一位移指针的目的。 文件的动态共享(4) 文件的动态共享(5) 两个以上用户共享文件，每个希望独立 地读、写文件，这时不能只设置一个读 写位移指针，须为每个用户进程分别设 置一个读、写位移指针。 位移指针应放在每个进程用户打开文件 表的表目中。这样，当一个进程读、写 文件