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第23课

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File System Interface

文件概念

文件是用于存储信息的连续逻辑地址空间。

文件有很多种类形式： - 数据：数字、字符、二进制等 - 程序 - proc文件系统：使用文件系统接口来检索系统信息

文件属性

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文件操作

  • create：image-20230518200623151
  • open：在linux中，我们通过路径打开文件，把文件抽象成文件描述符fd，之后对于文件的操作都可以通过fd来进行，也就是告诉操作系统要操作哪个文件。（我们通过fd来建立当前操作的文件的一些信息，比如你的光标编辑位置）
  • read/write：需要有一个指针
  • reposition within file - seek：在文件查找中重新定位
  • delete：释放磁盘空间；如果同一个文件被多个指针所指，那么在最后一个指针被删除时释放空间
  • truncate：删除文件内容，但是保留文件属性信息
  • copy：创建和读写

Open Files

OS接受文件的路径和一些flag。OS搜索目录以找到给出路径下的文件。

  • 为了避免之后的重复搜索，操作系统维护一个表来存储打开的文件，其中包含关于所有已经打开的文件信息

  • 然后通过对表的索引指定操作——不需要进行搜索

在OS打开文件的时候会维持两类表：

  • Per-process table：当前location pointer，访问权限
  • System-wide table：存储跟文件相关的信息，比如磁盘上的位置

Information with Open Files

  • 编辑的位置image-20230518202549413
  • 这是system-wide的信息，记录了一个文件目前被打开的个数image-20230518202607376
  • disk location: cache of data access information
  • access rights: per-process access mode information

文件锁

一些文件系统提供文件锁定来控制对文件的访问，比如两个进程同时写一个文件

两种文件锁的类型

  • Shared lock：多个进程可以同时获取该锁
  • Exclusive lock：只有一个进程可以获得这样的锁

两种文件锁的机制

  • mandatory lock（强制锁定）: access is denied depending on locks held and requested
  • advisory lock：processes can find status of locks and decide what to do（由进程自己决定）

flock

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当我们fock一个子进程的时候，因为lock是和文件描述符fd绑定的，而父进程和子进程拥有了相同的fd，那么还是能同时访问该文件，这时就起不到互斥锁的效果。（这里老师有代码演示）

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文件类型

  • 文件扩展名：作为文件名的一部分，很容易被欺骗
  • magic number of the file：elf

文件结构

文件结构具体如何由OS或者打开文件的应用程序来定义

  • 没有结构：字节流或者字符流，比如linux文件
  • simple record structure：lines of records, fixed length or variable length，such as database
  • complex structures：word文档，可重定位的程序文件

访问方式

Sequential access：一组元素是按预定的顺序进行访问的，对于某些媒体类型，这是唯一的访问模式（例如磁带）。

Direct access：在（大致）相等的时间内访问序列中任意位置的元素，与序列大小无关，有时称为随机访问。

目录结构

目录是一个包含关于所有文件的信息（不包括内容）的节点的集合。

Disk结构

总的来说，一个disk可以有多个partition，一个partition也可以有多个disk。

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目录操作

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目录组织

Goal

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方式

  • 一级目录；
  • 二级目录：第一层是用户文件夹UFDimage-20230518215424640
  • Tree-Structured Directoriesimage-20230518215555022
    • 删除目录的方式：Option I: directory cannot be deleted, unless it’s empty。Option II: delete all the files, directories and sub-directories。
    • 路径穿越漏洞。
  • Acyclic-Graph Directories，允许别名，当前目录的文件也可以指向别的目录的文件，构成了环。需要有一个引用计数的方式，当一个文件指针被删除时，引用计数减一image-20230518215821968很重要，在inode里面有一个reference count。hardlink是两个链接都指向同一个inode，而softlink有自己的inode，从而也有自己的data block，但他会在自己的data block中会写明自己是链接文件，真正指向的是文件。image-20230522101402024soft link可以跨文件系统，hard link不能跨文件系统，inode是文件系统的概念。soft link的缺点是访问时候会需要两次的重定向才能找到目标的位置，性能会有损失。

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