【正文】 O效率 ? 有助于保持文件系統(tǒng)的完整性 缺點(diǎn)： ? 數(shù)據(jù)未及時(shí)寫盤而帶來的風(fēng)險(xiǎn) ? 額外的數(shù)據(jù)拷貝過程，大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)影響性能 第四章 文件和文件系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代 UNIX的文件系統(tǒng)通常可由三大模塊組成： ①本地文件系統(tǒng)（ UFS） ——User File System ② 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（ NFS） ——Network File System ③ 虛擬文件系統(tǒng)（ VFS） ——Virtual File System 本地文件系統(tǒng)（ UFS） 是 UNIX系統(tǒng)中的基本文件系統(tǒng)，它通常固定存放在本地機(jī)器的存貯設(shè)備上，任何一種結(jié)構(gòu)形式的文件系統(tǒng)都必然會(huì)直接或間接地與某個(gè)本地文件系統(tǒng)相聯(lián)系。 直接 0 直接 1 直接 2 直接 11 一次間址 二次間址 三次間址 數(shù)據(jù)塊索引表 一級(jí)間址塊 二級(jí)間址塊 三級(jí)間址塊 數(shù)據(jù)塊 inode表的結(jié)構(gòu) 在內(nèi)存中，活動(dòng) i節(jié)點(diǎn)表類似于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)高速緩沖中的緩沖池結(jié)構(gòu)。 第一級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 引導(dǎo)塊 超級(jí)塊 1號(hào)柱面組塊 2號(hào)柱面組塊 …… n號(hào)柱面組塊 第二級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 超級(jí)塊拷貝塊 柱面組信息塊 i節(jié)點(diǎn)表塊 數(shù)據(jù)區(qū) 超級(jí)塊 是由 fs定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存放文件系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)： struct fs { 內(nèi)存超級(jí)塊鏈接指針 超級(jí)塊的磁盤地址 柱面組塊的位移量 最近修改時(shí)間 文件系統(tǒng)大小 文件系統(tǒng)塊大小 柱面組數(shù) 柱面組大小 片大小 文件系統(tǒng)標(biāo)識(shí)數(shù) 文件系統(tǒng)標(biāo)志區(qū) 最近訪問的柱面組號(hào) 確定分配算法的參數(shù) } 超級(jí)塊拷貝塊： 在每個(gè)柱面組塊中存放有一個(gè)超級(jí)塊拷貝塊，其目的是使系統(tǒng)在超級(jí)塊被意外破壞時(shí)，能從任何一個(gè)柱面組中進(jìn)行恢復(fù)而不致使整個(gè)文件系統(tǒng)陷入癱瘓。 153 。 變長(zhǎng)目錄結(jié)構(gòu)增加了算法復(fù)雜性和工作量，通常用在硬件性能較高的大型系統(tǒng)中。 /* 目錄項(xiàng) i節(jié)點(diǎn)號(hào) */ short d_reclen。 2 。 引導(dǎo)塊 超級(jí)塊 i節(jié)點(diǎn)表塊 數(shù)據(jù)區(qū) 引導(dǎo)塊： boot程序 超級(jí)塊： fs結(jié)構(gòu)，存放文件系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) i 節(jié)點(diǎn)表塊：磁盤 imon表 數(shù)據(jù)區(qū)： 各數(shù)據(jù)塊 ② 、兩級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)型 這種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)由兩級(jí)組成：第一級(jí)由超級(jí)塊和若干個(gè) 柱面組塊 （ cylinder group block）所組成（如果是根文件系統(tǒng)則還包括引導(dǎo)塊）。它包含 12項(xiàng)直接索引表目和 3項(xiàng)間接索引表目。 預(yù)讀的結(jié)果： 放在緩沖池內(nèi)，以免需要的時(shí)候再去啟動(dòng)磁盤讀數(shù)據(jù)塊。這四個(gè)空閑鏈表是： 0空閑緩沖區(qū)鏈表 ——存放文件系統(tǒng)超級(jí)塊 1空閑緩沖區(qū)鏈表 ——存放通常使用的數(shù)據(jù)塊 2空閑緩沖區(qū)鏈表 ——存放延遲寫、無效數(shù)據(jù)或錯(cuò)誤內(nèi)容 3空閑緩沖區(qū)鏈表 ——存放沒有對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間的緩沖區(qū)首部 如果某種類型的空閑緩沖區(qū)不夠用時(shí)，核心也從其它空閑緩沖區(qū)鏈表中取用空閑緩沖區(qū)。 存 儲(chǔ) 區(qū) 因?yàn)榫彌_區(qū)首部與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以通常把兩者統(tǒng)稱為緩沖區(qū)。 … readfile (buf, number)。對(duì)其它資源的共享采用的是與之相似的另外幾種方法。 ? 鏈接的是“符號(hào)”而不是文件，因此“符號(hào)”可以是不存在的文件，即無意義的字符串。 read write open A 進(jìn)程 B 進(jìn)程 C 進(jìn)程 中斷與例外 ? 中斷（要保存上下文） ： 來自 進(jìn)程之外 的事件（外設(shè)、時(shí)鐘等）引起的，發(fā)生在兩條指令執(zhí)行之間，中斷服務(wù)完畢后從下一條指令繼續(xù)執(zhí)行。 機(jī)器類型 main(int argc, char *argv[]) { int fdold, fdnew。 exit(1)。 } 在用戶環(huán)境下，程序的執(zhí)行通常由命令解釋器 shell來完成，標(biāo)準(zhǔn)的命令格式為： cmd [options] [arguments] shell可識(shí)別的命令類型有： 簡(jiǎn)單命令 cat file1 多條命令 who。這些代碼段是 “ 可再入段 ” （或 純代碼段 、可共享代碼段 ），被各用戶進(jìn)程段共享，為提高運(yùn)行速度，避免頻煩訪問磁盤，故常駐內(nèi)存，這些代碼段的集合就是 OS的內(nèi)核 。 struct file *u_ofile[NOFILE] NOFILE 為每個(gè)進(jìn)程最多可同時(shí)打開的文件數(shù)，這與系統(tǒng)中的進(jìn)程數(shù)和內(nèi)存大小以及交換區(qū)大小等有關(guān)系，一般為 20~100。 1. 可執(zhí)行文件的構(gòu)成： 進(jìn)程是可執(zhí)行文件的一次執(zhí)行實(shí)例，高級(jí)語(yǔ)言程序經(jīng)過編譯或匯編語(yǔ)言程序經(jīng)過匯編后所產(chǎn)生的、缺省名為 部分 ： 文件頭 正文段 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)段 其它信息段 文件頭 —— 1進(jìn)程 init進(jìn)程 ，由它來創(chuàng)建系統(tǒng)初始化過程中所需的其它所有的進(jìn)程。 空閑緩沖區(qū)鏈表 核心維護(hù)了一個(gè)空閑緩沖區(qū)鏈表，它按照 最近被使用的先后次序排列 。 這 63 個(gè) hash 鏈表就構(gòu)成了數(shù)據(jù)緩沖區(qū)高速緩沖的緩沖池，所有的緩沖區(qū)都存放在緩沖池中的某一個(gè)鏈表中。 本地文件系統(tǒng)的構(gòu)成 一個(gè)根文件系統(tǒng) + 若干子文件系統(tǒng)所組成 根文件系統(tǒng) 存放本操作系統(tǒng)的最主要和最基本的部分 可獨(dú)立啟動(dòng)運(yùn)行 系統(tǒng)起動(dòng)后，根文件系統(tǒng)就不能卸下來 子文件系統(tǒng) 主要存放應(yīng)用程序和用戶文件 一般不能獨(dú)立啟動(dòng) 系統(tǒng)運(yùn)行過程中可隨時(shí)安裝和卸下 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（ NFS） 是本地機(jī)器上的文件系統(tǒng)和遠(yuǎn)地機(jī)器上的文件系統(tǒng)之間的介質(zhì)，它管理和控制所有有關(guān)對(duì)遠(yuǎn)地文件的各種操作，給本地用戶提供一個(gè)訪問遠(yuǎn)地文件的使用方便的高層接口，避免用戶直接涉及網(wǎng)絡(luò)通訊方面的具體細(xì)節(jié)?；顒?dòng) i節(jié)點(diǎn)表中的每一項(xiàng)就是一個(gè)活動(dòng) i節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)，用來存放一個(gè)被打開文件的 inode。 每個(gè)柱面組中的超級(jí)塊拷貝塊的存放位置為安全起見不一定都裝在柱面組中的最前面，而是可浮動(dòng)地裝在該柱面組中的任何位置。 584 xiaolan 584 。 文件名和文件名緩沖區(qū) 核心在內(nèi)存中建立了一個(gè)高速的名字緩沖區(qū)，用來存放最近使用過的文件名，核心認(rèn)為“最近使用過的文件名馬上還要使用的可能性最大” 。 變長(zhǎng)目錄項(xiàng)的目錄結(jié)構(gòu) define MAXNAMLEN 255 struct direct { long d_ino。 153 home 0 tst 85 bin 85 。整個(gè)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是一維的。 struct inode { 活動(dòng) i節(jié)點(diǎn)鏈接指針 狀態(tài)標(biāo)志 設(shè)備號(hào) i節(jié)點(diǎn)號(hào) 最近訪問的 i節(jié)點(diǎn)在目錄中的位置 空閑 i節(jié)點(diǎn)鏈接指針 struct inmon { 文件模式和類型（ FIFO、 DIR、 CHR、 BLK、 REG、 LNK等） 文件鏈接數(shù) 文件所有者標(biāo)識(shí)數(shù)（ UID） 文件所屬用戶組標(biāo)識(shí)數(shù)（ GID） 文件大小 文件最近存取時(shí)間（ atime, mtime, ctime） 數(shù)據(jù)塊索引表 其它信息 } } 數(shù)據(jù)塊索引表 數(shù)據(jù)塊索引表用于檢索本文件占用的數(shù)據(jù)塊。 預(yù)讀的命中率： 不一定達(dá)到 100%，但良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和算法可使命中率達(dá)到較高的水平。避免在取用空閑緩沖區(qū)時(shí)，逐個(gè)判斷緩沖區(qū)中的內(nèi)容。 問題的提出 ： 磁盤機(jī)械運(yùn)行速度大大低于處理機(jī)的運(yùn)行速度； 多進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行，少量的磁盤（通道）I/O成為瓶頸； 數(shù)據(jù)訪問的隨機(jī)性，磁盤忙閑不均 解決辦法 ： 建立一個(gè)被稱為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)高速緩沖（簡(jiǎn)稱高速緩沖）的內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)池（ buffer pool）來存放要用的數(shù)據(jù)； 寫數(shù)據(jù)時(shí) 把數(shù)據(jù)盡量多地盡量長(zhǎng)時(shí)間地保存在緩沖池中 延遲寫 出到磁盤上 以備后續(xù)進(jìn)程使用 讀數(shù)據(jù)時(shí) 先在緩沖池中查找已有的數(shù)據(jù) 如沒有，再?gòu)拇疟P讀取，并保存在緩沖池中 事先預(yù)讀數(shù)據(jù)到緩沖池中 緩沖區(qū)及緩沖區(qū)首部 緩沖區(qū)池由若干個(gè)緩沖區(qū)組成，每一個(gè)緩沖區(qū)又由兩部分組成：一個(gè)實(shí)際存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)和一個(gè)標(biāo)識(shí)該緩沖區(qū)的緩沖區(qū)首部。 int number。這是在 UNIX系統(tǒng)中共享文件（包括用戶文件和系統(tǒng)文件）的主要方法。 3．符號(hào)鏈結(jié)（ symbol link） ——對(duì)應(yīng)命令名 ln s 文件 i節(jié)點(diǎn) abc xyz 文件名 ? 給文件的名字再取一個(gè)名字，而不是給文件節(jié)點(diǎn)再取一個(gè)名字。 一個(gè)進(jìn)程某時(shí)在“用戶態(tài)”下運(yùn)行，另一時(shí)刻又在“核心態(tài)”下運(yùn)行，在其生命周期內(nèi)可能在這兩種狀態(tài)間切換多次 用戶態(tài) 核心態(tài) 0 1 2 3 4 5 time A | B | C | D | A | 核心 ——處在核心態(tài)下的進(jìn)程的相應(yīng)部分的集合 硬件是按核心態(tài)和用戶態(tài)來執(zhí)行操作的，但對(duì)這兩種狀態(tài)下正在執(zhí)行程序的多個(gè)用戶是相同對(duì)待的。 編譯器的版本號(hào) 內(nèi)核（ kernel） 系統(tǒng)調(diào)用的集合及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)部算法就形成操作系統(tǒng)核心 ? 用戶看法 進(jìn)程和文件是 UNIX操作系統(tǒng)中最基本的兩個(gè)概念（抽象） 進(jìn)程： 所有處在運(yùn)行期間的程序?qū)嵗际沁M(jìn)程 一個(gè)進(jìn)程就是處在運(yùn)行期間的一個(gè)程序?qū)嵗? 涵蓋所有的動(dòng)態(tài)概念 文件： 所有靜態(tài)的無形數(shù)據(jù)和有形硬件設(shè)備 源程序、命令、圖片、郵件、 打印機(jī)、內(nèi)存、磁盤等 文件系統(tǒng) / bin usr etc home tmp dev who ls bin lib rc ttys st teach tty0 hd02 admin hwconf liu wang chen aa dir2 save