文件系統接口

文件系統的接口介紹包含了文件的基本概念介紹、文件的訪問方法、文件的目錄結構、文件系統的功能和接口。

計算機可以在各種存儲介質上，如磁盤、磁帶、光盤等上存儲信息，來方便使用，這樣操作系統提供了一種一致的存儲信息的邏輯視圖。OS可以從存儲設備的物理特性抽象定義邏輯存儲單元：文件。文件被操作系統映射到物理設備上。這些存儲設備通常是可以是長久保存的。

文件是一個存儲在第二存儲設備上相關信息的命名集合。從一個用户的觀點來看，文件是邏輯存儲設備的最小分配單元，不使用文件，數據將無法寫入第二存儲設備。通常，數據是一個bit、byte、lines或者記錄的序列 ^[1]  。

文件有一定的屬性，這根據系統的不同而有所不同，但是通常都包括如下屬性：
　　名稱：文件符號名稱是唯一的、按照人們容易讀取的形式保存。
　　標識符：標識文件系統內文件的唯一標籤。
　　類型：被支持不同類型的文件系統所使用。
　　大小：文件當前大小。
　　保護：決定誰能讀、寫、執行等的訪問控制信息。
　　時間、日期和用户標識：文件創建、上次修改和上次訪問的時間 ^[1]  。

文件屬於抽象數據類型。為了合適的定義文件，需要考慮文件的操作。

創建文件：創建文件有兩個步驟。第一，必須在文件系統中為文件找到空間。第二，在目錄中為文件創建一個條目。
　　寫文件：為了寫文件，執行一個系統調用，其指明文件名稱和要寫入文件的內容。

讀文件：為了讀文件，使用一個系統調用，並指明文件名稱和要讀入文件塊的內存位置。

在文件內重定位：搜索目錄相應條目，設置當前文件位置指針為給定值。

刪除文件：為了刪除文件，在目錄中搜索給定名稱的文件。找到相關條目後，釋放所有的文件空間並刪除相應的條目。

截短文件：用户可能只要刪除文件內容而保留其屬性，而不是強制刪除文件再創建。該操作不改變文件屬性，而是將其長度設為0並釋放空間 ^[1]  。

設計文件系統時，總是要考慮操作系統是否應該識別和支持文件類型。
　　實現文件類型的常用技術是在文件名稱內包含類型。這樣，用户和操作系統僅僅通過文件名稱就能確定文件類型是什麼。
　　名稱可分為兩部分：名稱和擴展名 ^[1]  。

如上圖，該模型分為三個層次，最底層是被操作對象及其相關屬性；最上層是系統提高給用户的接口；中間是文件系統功能實現的核心軟件層，它是實現操作的軟件集合 ^[2]  。

文件用來存儲信息。當使用時，必須訪問和將這些信息讀入到計算機內存。文件信息可按多種方式來進行訪問。有的系統只提供了一種文件訪問方式，有的系統則支持多種訪問方式。

順序訪問：最簡單的訪問方式。文件信息按順序，一個記錄接着一個記錄地加以處理。也是最為常用的使用方式。編輯器和編譯器通常按這種方式訪問文件。大量的文件操作是讀和寫。讀操作讀取下一文件部分，並自動前移文件指針，以跟蹤I/O位置。類似地，寫操作會向文件尾增加內容，相應的文件指針移到新增數據之後。

直接訪問：另一方式是直接訪問（或相對訪問）。文件由固定長度的邏輯記錄組成，以允許程序按任意順序進行快速讀和寫。直接訪問方式是基於文件的磁盤模型，因為磁盤允許對任意文件塊進行隨機讀和寫。直接訪問文件可立即訪問大量信息，所以非常有用。數據庫通常採用這種類型的文件 ^[2]  。

一個存儲設備可以整個用於一個文件系統，或者進行精細劃分。例如，一個磁盤可以分區為多個分區，每個分區保存一個文件系統。分區可以限定單個文件系統的大小，將多個文件系統類型放到一個設備中，或者將一個設備的一部分用作其它用途。包含文件系統的一個實體通常成為一個卷。每個卷可以看成是一個虛擬磁盤。每個包含一個文件系統的卷通常也包含系統中的文件信息。這個信息保存在設備目錄中。

目錄包含了卷中所有文件的信息，如文件名、位置、大小、類型等。在一個計算機系統中，可以有多個存儲設備，每個存儲設備都可以劃分成為卷。這樣，計算機可以有0個或多個文件系統，每個文件系統都可以是不同的類型。計算機中的文件系統可以是可擴展的。目錄也可以看成是將文件名映射成為目錄入口的符號表。這樣，我們可以看到可以用多種方式組織目錄。這些組織方式允許我們插入、刪除、查找、列出文件等操作 ^[2]  。

1）文件存儲空間的管理；
　　2）對文件目錄的管理；
　　3）地址映射；
　　4）文件的讀、寫管理；
　　5）文件的共享與保護；
　　在這些功能的實現中，通常又進一步劃分成幾個層次。其中有的層次用於處理物理文件系統；有的層次用於處理邏輯文件系統 ^[2]  。

文件系統的接口包括以下三個接口。

1）命令接口：用户可以從終端鍵入命令實現操作；
　　2）程序接口：用户程序可通過系統調用實現操作；
　　3）GUI接口：用户可在圖形窗口點擊鼠標實現操作 ^[2]  。