文件系统

文件系统层次结构

• 用户接口：文件系统需要上层用户提供一些简单易用的功能接口。这层就是用于处理用户发出的系统调用请求。
• 文件目录系统：用户时通过文件路径来访问文件的，因此这一层需要根据用户给出的文件路径找到相应的FCB或索引节点。所有和目录、目录目录项相关的的管理工作都在本层完成。
• 存取控制块：为了保证文件数据安全，还需要验证用户是否有访问权限。这一层主要完成了文件保护的相关功能。
• 逻辑文件系统与文件信息缓冲区：用户想要指明文件的记录号，这一层需要将记录号转换为对应的逻辑地址。
• 物理文件系统：这一层需要把上一层提供的文件逻辑地址转换为实际的物理地址。
• 辅助分配模块：负责文件存储空间的管理，即负责分配和回收存储空间。
• 设备管理模块：直接与硬件交互，负责和硬件直接相关的一些管理工作。如：分配设备、分配设备缓冲区、磁盘调度、启动设备、释放设备等。

举例：假设某用户请求删除文件 “D:/工作目录/学生信息.xlsx” 的最后100条记录。

1. 用户需要通过操作系统提供的接口发出上述请求。——用户接口。
2. 用户提供的是文件存放路径，因此操作系统需要一层一层的查找目录，找到对应的目录项——目录文件系统。
3. 不同的用户文件有不同的操作权限，因此，为了保证安全，需要检查用户是否有访问权限。——存取控制模块。
4. 验证了用户的访问权限之后，需要把用户提供的记录号转变为相应的逻辑地址——逻辑文件系统与文件信息缓冲区。
5. 知道了目标记录对应的逻辑地址后，还需要转换成实际的物理地址。——物理文件系统。
6. 要删除这条记录后，必定要对磁盘设备发出请求。——设备管理程序模块。
7. 删除这些记录后，会有一些盘块空闲，因此要将这些盘块回收。——辅助分配模块。

文件系统布局

1. 物理格式化，即低级格式化——划分扇区，检测坏扇区，并用备用扇区替换坏扇区。

2. 逻辑格式化，磁盘分区后，对各分区进行逻辑格式化，完成文件系统格式化。注：逻辑格式化后，灰色部分就有数据了，白色部分还没有数据。

文件系统在内存的结构

open系统调用过程：

1. 用户调用open函数，根据路径一级一级将目录FCB读入内存，找到目标文件的FCB，复制到操作系统的文件打开表。
2. 在进程的文件打开表中创建新建一个条目，并返回文件描述符，文件描述符就是进程文件打开表中的索引。

虚拟文件系统

普通文件系统

计算机系统可能挂载了多种类型的文件系统，用户进程调用时，需要根据不同的文件系统调用不同系统调用接口。这就到时用户编程不方便。所以，需要一个实现一个虚拟层来统一接口。

虚拟文件系统

特点：

1. 向上层用户提供一个统一标准的系统调用接口，屏蔽底层文件具体文件系统的实现差异。
2. VFS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VFS的要求
3. 每打开一个文件，VFS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。

注意：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

文件系统挂载

文件系统挂载，即文件系统安装/卸载——如何将一个文件系统挂载到文件中。

文件系统要挂载要做的事情：

1. 在VFS中注册新挂载的文件系统，内存中挂载表包含了每个文件系统方相关信息，包括文件系统的类型、容量大小等。
2. 新挂载的文件系统，要VFS提供一个函数地址列表。
3. 将新文件系统加到挂载点，也就是将新文件系统挂载在某个父目录下。