【愚公系列】软考中级-软件设计师 031-操作系统(文件管理)

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愚公搬代码 发表于 2024/02/23 22:36:00 2024/02/23
【摘要】 🏆 作者简介,愚公搬代码🏆《头衔》:华为云特约编辑,华为云云享专家,华为开发者专家,华为产品云测专家,CSDN博客专家,CSDN商业化专家,阿里云专家博主,阿里云签约作者,腾讯云优秀博主,腾讯云内容共创官,掘金优秀博主,51CTO博客专家等。🏆《近期荣誉》:2022年度博客之星TOP2,2023年度博客之星TOP2,2022年华为云十佳博主,2023年华为云十佳博主等。🏆《博客内容...

🏆 作者简介,愚公搬代码
🏆《头衔》:华为云特约编辑,华为云云享专家,华为开发者专家,华为产品云测专家,CSDN博客专家,CSDN商业化专家,阿里云专家博主,阿里云签约作者,腾讯云优秀博主,腾讯云内容共创官,掘金优秀博主,51CTO博客专家等。
🏆《近期荣誉》:2022年度博客之星TOP2,2023年度博客之星TOP2,2022年华为云十佳博主,2023年华为云十佳博主等。
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🚀前言

操作系统中的文件管理是指操作系统对文件的创建、存储、删除和访问等操作的管理。文件是操作系统中的基本单位,用于存储和组织数据。

文件管理的主要任务包括以下几个方面:

  1. 文件的创建和删除:操作系统提供了创建和删除文件的功能。创建文件时,需要指定文件的名称、大小和权限等信息。删除文件时,操作系统会释放文件所占用的存储空间。

  2. 文件的存储和组织:文件在存储设备上占据一定的空间。操作系统负责将文件存储在适当的位置,并且维护文件的结构和组织。

  3. 文件的访问和读写:操作系统提供了对文件的读取和写入操作。读取文件时,操作系统会将文件的内容从存储设备读取到内存中,供应用程序使用。写入文件时,操作系统会将应用程序的数据写入到文件中。

  4. 文件的共享和保护:操作系统可以控制文件的共享和保护。共享可以使多个进程或用户同时访问同一个文件。保护可以限制对文件的访问权限,防止未经授权的访问。

  5. 文件的备份和恢复:操作系统可以提供文件的备份和恢复功能,以保护文件数据的安全性。备份可以将文件的副本保存在其他存储设备上,以防止文件丢失。恢复可以将备份文件还原到原始位置,以恢复文件的完整性。

🚀一、文件管理

🔎1.索引文件

文件管理中的索引文件是一种特殊的文件,它记录着其他文件的位置和相关信息。索引文件的作用是加快文件的定位和访问速度。

在操作系统中,索引文件用于建立文件与存储设备上实际存储位置之间的映射关系。它记录每个文件在存储设备上的起始位置和长度等信息。通过索引文件,操作系统可以快速定位和访问文件,而不需要遍历整个存储设备。

索引文件有多种实现方式,包括:

  1. 直接索引:每个文件都有一个索引项,其中记录了文件在存储设备上的起始位置和长度等信息。这种方式适用于小型文件系统。

  2. 多级索引:使用多级索引可以解决索引项数量有限的问题。每个文件都有一个索引块,其中记录了多个索引项的位置。每个索引项又可以指向其他索引块,从而构成一个多级索引结构。

  3. 哈希索引:通过计算文件的哈希值来确定索引项的位置。哈希索引可以快速定位文件,但是在文件删除和更新时需要重新计算哈希值,会带来一定的开销。

比如:系统中有13个索引节点,0-9为直接索引,即每个索引节点存放的是内容,假设每个物理盘大小为4KB,共可存4KB*10=40KB数据;

10号索引节点为一级间接索引节点,大小为4KB,存放的并非直接数据,而是链接到直接物理盘
块的地址,假设每个地址占4B,则共有1024个地址,对应1024个物理盘,可1024*4KB=4098KB数据。

二级索引节点类似,直接盘存放一级地址,一级地址再存放物理盘快地址,而后链接到存放数据的物理盘块,容量又扩大了一个数量级,为102410244KB数据。

计算机系统中采用的索引文件结构如下图所示:
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🔎2.树形文件

树形文件是一种常见的文件组织结构,它类似于文件系统中的目录树形结构。在操作系统中,树形文件由一系列文件和文件夹组成,形成一个层次结构。每个文件夹可以包含其他文件夹和文件,从而形成树状结构。

树形文件的示例如下所示:

  • 根文件夹(Root Folder)
    • 文件夹1(Folder 1)
      • 子文件夹1.1(Subfolder 1.1)
        • 文件A(File A)
        • 文件B(File B)
      • 子文件夹1.2(Subfolder 1.2)
        • 文件C(File C)
    • 文件夹2(Folder 2)
      • 子文件夹2.1(Subfolder 2.1)
        • 文件D(File D)
      • 文件E(File E)

在这个示例中,根文件夹是整个树形文件的起始点,它下面包含了两个文件夹(文件夹1和文件夹2)。文件夹1下面又包含了两个子文件夹(子文件夹1.1和子文件夹1.2),以及一些文件(文件A和文件B)。类似地,文件夹2下面也包含了一个子文件夹(子文件夹2.1)和一个文件(文件E)。

在这个树形结构中,每个文件或目录都有一个唯一的路径来标识它们的位置。

  1. 相对路径:相对路径是相对于当前工作目录的路径。它们不需要给出完整的路径,而是通过指定路径中的目录和文件名的相对位置来定位文件。例如,假设当前工作目录是/home/user,而我们要访问/home/user/documents/file.txt文件,我们可以使用相对路径documents/file.txt

  2. 绝对路径:绝对路径是从根目录开始的完整路径,用于准确定位文件或目录的位置。它们包含了文件或目录的完整路径,从根目录开始一直到目标文件或目录。例如,/home/user/documents/file.txt是一个绝对路径,它可以直接指向文件。

  3. 全文件名:全文件名是文件的完整名称,包括文件名和扩展名。它不包括路径信息,只是文件的唯一标识。例如,file.txt就是一个全文件名。

需要注意的是,不同的操作系统在表示路径和文件名时可能有所不同。例如,在Windows系统中,路径使用反斜杠(\)而不是斜杠(/)来分隔目录和文件名。而在Linux和Mac OS X系统中使用斜杠来分隔。因此,对于相对路径、绝对路径和全文件名的表示也会有所差异。

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🔎3.空间存储

管理方法 描述
空闲区表法 将所有空闲空间整合成一张表,即空闲文件目录。
空闲链表法 将所有空闲空间链接成一个链表,根据需要分配。
成组链接法 既分组,每组内又链接成链表,是上述两种方法的综合。
位示图法 对每个物理空间用一位标识,为1则使用,为0则空闲,形成一张位示图。

这些方法用于管理磁盘上的空闲空间,以便在文件创建、写入和删除等操作时能够有效地分配和回收磁盘空间。具体使用哪种方法取决于文件系统的设计和需求。

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