【愚公系列】软考中级-软件设计师 031-操作系统（文件管理）

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🚀前言

操作系统中的文件管理是指操作系统对文件的创建、存储、删除和访问等操作的管理。文件是操作系统中的基本单位，用于存储和组织数据。

文件管理的主要任务包括以下几个方面：

1. 文件的创建和删除：操作系统提供了创建和删除文件的功能。创建文件时，需要指定文件的名称、大小和权限等信息。删除文件时，操作系统会释放文件所占用的存储空间。
2. 文件的存储和组织：文件在存储设备上占据一定的空间。操作系统负责将文件存储在适当的位置，并且维护文件的结构和组织。
3. 文件的访问和读写：操作系统提供了对文件的读取和写入操作。读取文件时，操作系统会将文件的内容从存储设备读取到内存中，供应用程序使用。写入文件时，操作系统会将应用程序的数据写入到文件中。
4. 文件的共享和保护：操作系统可以控制文件的共享和保护。共享可以使多个进程或用户同时访问同一个文件。保护可以限制对文件的访问权限，防止未经授权的访问。
5. 文件的备份和恢复：操作系统可以提供文件的备份和恢复功能，以保护文件数据的安全性。备份可以将文件的副本保存在其他存储设备上，以防止文件丢失。恢复可以将备份文件还原到原始位置，以恢复文件的完整性。

🚀一、文件管理

🔎1.索引文件

文件管理中的索引文件是一种特殊的文件，它记录着其他文件的位置和相关信息。索引文件的作用是加快文件的定位和访问速度。

在操作系统中，索引文件用于建立文件与存储设备上实际存储位置之间的映射关系。它记录每个文件在存储设备上的起始位置和长度等信息。通过索引文件，操作系统可以快速定位和访问文件，而不需要遍历整个存储设备。

索引文件有多种实现方式，包括：

1. 直接索引：每个文件都有一个索引项，其中记录了文件在存储设备上的起始位置和长度等信息。这种方式适用于小型文件系统。
2. 多级索引：使用多级索引可以解决索引项数量有限的问题。每个文件都有一个索引块，其中记录了多个索引项的位置。每个索引项又可以指向其他索引块，从而构成一个多级索引结构。
3. 哈希索引：通过计算文件的哈希值来确定索引项的位置。哈希索引可以快速定位文件，但是在文件删除和更新时需要重新计算哈希值，会带来一定的开销。

比如：系统中有13个索引节点，0-9为直接索引，即每个索引节点存放的是内容，假设每个物理盘大小为4KB，共可存4KB*10=40KB数据；

10号索引节点为一级间接索引节点，大小为4KB，存放的并非直接数据，而是链接到直接物理盘

块的地址，假设每个地址占4B，则共有1024个地址，对应1024个物理盘，可1024*4KB=4098KB数据。

二级索引节点类似，直接盘存放一级地址，一级地址再存放物理盘快地址，而后链接到存放数据的物理盘块，容量又扩大了一个数量级，为102410244KB数据。

计算机系统中采用的索引文件结构如下图所示：

🔎2.树形文件

树形文件是一种常见的文件组织结构，它类似于文件系统中的目录树形结构。在操作系统中，树形文件由一系列文件和文件夹组成，形成一个层次结构。每个文件夹可以包含其他文件夹和文件，从而形成树状结构。

树形文件的示例如下所示：

• 根文件夹（Root Folder）
  • 文件夹1（Folder 1）
    • 子文件夹1.1（Subfolder 1.1）
      • 文件A（File A）
      • 文件B（File B）
    • 子文件夹1.2（Subfolder 1.2）
      • 文件C（File C）
  • 文件夹2（Folder 2）
    • 子文件夹2.1（Subfolder 2.1）
      • 文件D（File D）
    • 文件E（File E）

在这个示例中，根文件夹是整个树形文件的起始点，它下面包含了两个文件夹（文件夹1和文件夹2）。文件夹1下面又包含了两个子文件夹（子文件夹1.1和子文件夹1.2），以及一些文件（文件A和文件B）。类似地，文件夹2下面也包含了一个子文件夹（子文件夹2.1）和一个文件（文件E）。

在这个树形结构中，每个文件或目录都有一个唯一的路径来标识它们的位置。

1. 相对路径：相对路径是相对于当前工作目录的路径。它们不需要给出完整的路径，而是通过指定路径中的目录和文件名的相对位置来定位文件。例如，假设当前工作目录是/home/user，而我们要访问/home/user/documents/file.txt文件，我们可以使用相对路径documents/file.txt。
2. 绝对路径：绝对路径是从根目录开始的完整路径，用于准确定位文件或目录的位置。它们包含了文件或目录的完整路径，从根目录开始一直到目标文件或目录。例如，/home/user/documents/file.txt是一个绝对路径，它可以直接指向文件。
3. 全文件名：全文件名是文件的完整名称，包括文件名和扩展名。它不包括路径信息，只是文件的唯一标识。例如，file.txt就是一个全文件名。

需要注意的是，不同的操作系统在表示路径和文件名时可能有所不同。例如，在Windows系统中，路径使用反斜杠（\）而不是斜杠（/）来分隔目录和文件名。而在Linux和Mac OS X系统中使用斜杠来分隔。因此，对于相对路径、绝对路径和全文件名的表示也会有所差异。

🔎3.空间存储

这些方法用于管理磁盘上的空闲空间，以便在文件创建、写入和删除等操作时能够有效地分配和回收磁盘空间。具体使用哪种方法取决于文件系统的设计和需求。

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