4.1.1 初识文件管理
文件---就是一组有意义的信息/数据集合。
一个文件有哪些属性：
- 文件名：由创建文件的用户决定文件名，主要是为了方便用户找到文件，同一目录下不允许有重名文件；
- 标识符：一个系统内的各文件标识符唯一，对用户来说毫无可读性，因此标识符只是操作系统用于区分各个文件的一种内部名称；
- 类型：指明文件的类型；
- 位置：文件存放的路径（让用户使用）、在外存中的地址（操作系统使用，对用户不可见）；
- 保护信息：对文件进行保护的访问控制信息；
- 大小；创建时间；上次修改时间；文件所有者信息等。
无结构文件（如文本文件）---由一些二进制或字符流组成，又称“流式文件”。
有结构文件（如数据库表）---由一组相似的记录组成，又称“记录式文件”，记录是一组相关数据项的集合。
操作系统向上（用户/应用程序）提供哪些功能？ 创建文件（create系统调用），删除文件（delete系统调用），读文件（read系统调用），写文件（write系统调用），打开文件（open系统调用），关闭文件（close系统调用）。
读/写文件之前，需要“打开文件”；读/写文件结束之后，需要“关闭文件”。
可用几个基本操作完成更复杂的操作，比如：“复制文件”，先创建一个空的新文件，再把源文件读入内存，再将内存中的数据写到新文件中。
与内存一样，外存也是由一个个存储单元组成的，每个存储单元可以存储一定量的数据（如1B）。每个存储单元对应一个物理地址。类似于内存分为一个个“内存块”，外存会分为一个个“块/磁盘块/物理块”。每个磁盘块的大小是相等的，每块一般包含2的整数幂个地址（如本例中，一块包含2^10个地址，即1KB）。同样类似的是，文件的逻辑地址也可以分为（逻辑块号，块内地址），操作系统同样需要将逻辑地址转换为外存的物理地址（物理块号，块内地址）的形式。块内地址的位数取决于磁盘块的大小。
操作系统以“块”为单位为文件分配存储空间，因此即使一个文件大小只有10B，但它也可能占用1KB的磁盘块。外存中的数据读入内存时同样以块为单位。
4.1.2 文件的逻辑结构
所谓的“逻辑结构”，就是指在用户看来，文件内部的数据应该是如何组织起来的；而“物理结构”指的是在操作系统看来，文件的数据是如何存放在外存中的。
有结构文件：由一组相似的记录组成，又称“记录式文件”。每条记录由若干个数据项组成。如：数据库表文件。一般来说，每条记录有一个数据项可作为关键字（作为识别不同记录的ID）。根据各条记录的长度（占用的存储空间）是否相等，又可分为定长记录和可变长记录两种。
顺序文件：文件中的记录一个接一个地顺序排列（逻辑上），记录可以是定长的或可变长的。各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。
一般来说，考试题目中所说的“顺序文件”指的是物理上顺序存储的顺序文件。
可见，顺序文件的缺点是增加/删除一个记录比较困难（如果是串结构则相对简单）。
索引文件：
索引文件的索引表是用户自己建立的，从关键字到记录存放的逻辑地址的映射；
之后会讲到操作系统的索引分配，索引分配的索引表是操作系统建立的，从逻辑块号到物理块号的映射；
索引顺序文件：
4.1.3 文件目录
目录本身就是一种有结构文件，由一条条记录组成。每条记录对应一个放在该目录下的文件。
目录文件中的一条记录就是一个“文件控制块（FCB）”，FCB的有序集合称为“文件目录”，一个FCB就是一个文件目录项。FCB中包含了文件的基本信息（文件名、物理地址、逻辑结构、物理结构等），存取控制信息（是否可读/可写、禁止访问的用户名单等），使用信息（如文件的建立时间、修改时间等）。
FCB实现了文件名和文件之间的映射。使用户（用户程序）可以实现“按名存取”。
4.1.4 文件的物理结构（上）
类似于内存分页，磁盘中的存储单元也会被分为一个个“块/磁盘块/物理块”，很多操作系统中，磁盘块的大小与内存块、页面的大小相同。
连续分配
优点：支持顺序访问和直接访问（即随机访问）；连续分配的文件在顺序访问时速度最快（考虑磁头的移动）；
缺点：不方便文件拓展；存储空间利用率低，会产生磁盘碎片。
链接分配
链接分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块，分为隐式链接和显式链接两种。
隐式链接---除文件的最后一个盘块之外，每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。文件目录包括文件第一块的指针和最后一块的指针。
优点：很方便文件拓展，不会有碎片问题，外存利用率高；
缺点：只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低，指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。
显式连接---把用于链式文件各物理块的指针显式地存放在一张表中，即文件分配表（FAT, File Allocation Table）。一个磁盘只会建立一张文件分配表，开机时FAT放入内存，并常驻内存。
优点：很方便文件拓展，不会有碎片问题，外存利用率高，并且支持随机访问。相比于隐式链接来说，地址转换时不需要访问磁盘，因此文件的访问效率更高。
缺点：文件分配表需要占用一定的存储空间。
（如果题目中未指明隐式/显式链接，默认是隐式的）
4.1.4 文件的物理结构（下）
索引分配
（总结）
4.1.5 逻辑结构 VS 物理结构
4.1.6 文件的基本操作
（磁盘块的相关内容好像没学过诶。。。）
打开文件时不会把文件数据直接读入内存，而是将打开文件的索引号返回给用户，“索引号”也称文件描述符。
4.1.7 文件共享
即使软链接指向的共享文件已被删除，link型文件依然存在，只是通过link型文件中的路径去查找共享文件会失败（找不到对应目录项）。
4.1.8 文件保护
优点：保密性强，不需要在系统中存储“密码”；
缺点：编码/译码，或者说加密/解密需要花费一定时间。
优点：实现灵活，可以实现复杂的文件保护功能。
4.3.1 文件系统的层次结构
4.3.2 文件系统的全局结构（布局）
物理格式化，即低级格式化---划分扇区，检测坏扇区，并用备用扇区来替换坏扇区。
4.3.3 虚拟文件系统
虚拟文件系统的特点：
①向上层用户进程提供统一标准的系统调用接口，屏蔽底层具体文件系统的实现差异；
②虚拟实现接口要求下层的文件系统必须实现某些规定的函数功能，如：open/read/write。一个新的文件系统想要在某操作系统上被使用，就必须满足该操作系统虚拟文件系统的要求；
③没打开一个文件，虚拟文件系统就在主存中新建一个vnode，用统一的数据结构表示文件，无论该文件存储在哪个文件系统；（vnode只存在于主存中，而inode既会被调入主存，也会在外存中存储）
5.3.1 磁盘的结构
盘片可更换的称为可换盘磁盘，不可更换的称为固定盘磁盘。
5.3.2 磁盘调度算法
延迟时间和传输时间都与磁盘转速相关，且为线性相关。而转速是硬件的固有属性，因此操作系统也无法优化延迟时间和传输时间。但是操作系统的磁盘调度算法会直接影响寻道时间。
先来先服务算法（FCFS）
最短寻找时间优先（SSTF）
扫描算法（SCAN）
LOOK调度算法
循环扫描算法（C-SCAN）
C-LOOK调度算法
5.3.3 减少磁盘延迟时间的方法
所以为什么柱面号要在盘面号之前？这样的地址结构可以减少磁头移动消耗的时间。
5.3.4 磁盘的管理
5.3.5 固态硬盘SSD
U盘也是基于闪存技术。
固态硬盘的读写单位是页，页相当于磁盘的扇区，块相当于磁盘的磁道。
那如果只想改一个页怎么办呢？会再找个芯片，在新芯片的块中对应位置写新页内容，其余位置写旧页的内容，最后改变映射，原逻辑地址会映射到新物理地址。（该映射关系是可以改变的）
若发现某个块被擦除的次数太多了，下次又要写这个块，那么可以把这个逻辑地址的映射修改一下，把这个块的原本内容迁移到其他块。
