文件目录

文件目录

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文件之间的组织结构清晰易于查找。

文件控制块

目录文件本身就是一种有结构文件，由一条条记录组成。每条记录对应一个在该放在该目录下的文件。

我们双击照片后，操作系统会在这个目录表中找到关键字照片对应的目录项（也就是记录），然后从外存中将照片目录的信息读入内存，于是照片目录的内容就可以显示出来了

目录文件中的一条记录就是一个文件控制块（FCB）.

FCB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）最重要，最基本的还是文件名，文件存放的物理地址。

FCB存在最重要的作用实现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“

需要对目录进行哪些操作？

搜索：当用户使用一个文件时，系统要根据文件名搜索目录，找改文件对应的目录项

创建文件：创建一个新文件时=，需要在目录中删除相应的目录项

删除文件：当删除一个文件时，需要在目录中删除相应的目录项

显示目录：用户可以请求显示目录的内容，如显示该目路中的所有文件及相应属性

修改目录：某些文件属性保存在目录中，因此这些属性变化时，需要修改相应的目录项（如：文件重命名）

单级目录结构

早起操作系统并不支持目录，整个系统中只建立一张目录表，每个文件占一个目录项

缺点：单级目录实现了”按名存取“，但是不允许文件重名

在创建一个文件时，需要检查目录表中有没有重名文件，确定不重名后才能允许建立文件，并将新文件对应的目录项插入到目录表中。

显然。单级目录结构不适用于多用户操作系统

两级目录结构

早期的多用户操作系统，采用两级目录结构，分为主文件目录（MFD,Master File Directory）和用户文件目录（UFD，User File Directory）

主文件目录用于记录用户名及相应用户文件目录存放的位置

用户文件目录由该用户的文件FCB组成

允许不同用户的文件重名。文件名虽然相同但是对应的其实是不同的文件

两级目录结构允许实现不同用户的文件重名，也可以在目录上实现访问限制（检查此时登录的用户名是否匹配）。但是两级目录结构依然缺乏灵活性，用户不能对自己的文件进行分类。

多级目录结构：

又称为树形目录结构

不同目录下的文件可以重名

用户（或用户进程要访问某个文件时要用文件路径名标识文件，文件路径名是个字符串。各级目录之间用“/隔开”。从根目录发出的路径称为绝对路径）

系统根据绝对路径一层一层地找到下一级目录。刚开始从外存读入根目录的目录表；找到“照片”目录的存放位置后，从外存读入对应的目录表；再找到“2015-08”目录的存放位置，再从外存读入对应目录表；最后才找到文件‘自拍.jpg’整个过程需要3次读磁盘I/O操作。

很多时候，用户会从根目录开始查找，效率比较低，因此可以设置一个“当前目录”，当用户想访问某个文件时，可以使用从当前目录出发的“相对路径”。

在Linux中，“.”表示当前目录，因此如果“照片”是当前目录，则“自拍.jpg”的相对路径为：“./2015-08/自拍.jpg”。从当前路径出发们只需要查询内存中的“照片”目录表，即可知道“2015-08”目录表的存放位置，从外存调入该目录，即可知道“自拍.jpg”存放的位置了。

可见，引入当前目录，和相对路径后，磁盘的I/O的次数减少了，这就提升了访问文件的效率。

树形目录结构可以很方便的对文件进行分类，层次结构清晰，也能够更有效的进行文件的管理和保护。但是，树形结构不便于实现文件的共享。为此，提出了“无环图目录结构”

无环图目录结构

在树形目录的结构基础上，增加了一些指向同一节点的有向边，使整个目录成为一个有向无环图，可以更方便地实现多个用户间的文件共享。

可以用不同的文件名指向同一个文件，甚至可以指向用一个目录（共享同一目录下的所有内容）

需要为每个共享节点设置一个共享计数器，用户记录此时有多少个地方在共享该节点。用户提出删除节点的请求时，只是删除该用户的FCB，并使用计数器减1，并不会直接删除共享节点。只有共享计数器为0的时候才能真正删除节点。

注意：共享文件不同于复制文件，在共享文件中，由于各用户指向的是同一个文件，因此只要其中一个用户修改了文件数据，那么所有用户都可以看到文件数据的变化。

索引节点：（FCB的改进）

其实在查找各级目录的过程中只需要用到“文件名”这个信息，只有文件名匹配时，才需要独处文件的其他信息。因此可以考虑让目录表”瘦身“来提高效率。

索引节点：除了文件名之外的描述信息都放到这里来

思考有何好处？

假设一个FCB是64B，磁盘块的大小为1KB，则每个盘块中只能存放16个FCB。若一个文件目录中共有640个目录项，则共需要占用640/16=40个盘块。因此按照某个文件名检索该目录，平均需要查询320个目录项，平均需要启动磁盘20次。（每次磁盘I/O读入这一块）

若使用索引节点机制，文件名占14B，索引节点指针站2B，则每个盘块可放64个目录项，那么按文件名检索目录平均只需要读入320/64=5个磁盘块。显然，这将大大提升文件检索速度。

当找到文件名对应的目录项时，才需要将索引节点调入内存，索引节点中记录了文件的各种信息，包括文件在外存中的存放位置，根据“存放位置”即可找到文件。

存放在外存中的索引节点称为“磁盘索引节点”，当索引节点放入内存后称为内存索引节点

相比之下内存索引节点中需要增加一些信息，比如文件是否被修改，此时有几个进程正在访问改文件等。