C++面试:磁盘文件系统、虚拟文件系统与文件缓存

    

目录

磁盘文件系统(Disk File System)

1. NTFS(New Technology File System)

2. EXT4(Fourth Extended File System)

3. HFS+(Hierarchical File System Plus)

虚拟文件系统(Virtual File System,VFS)

统一接口:

文件系统注册:

抽象层:

在 Windows 中使用虚拟文件系统(VFS):

在 Linux 中使用虚拟文件系统(VFS):

文件缓存(File Cache)

在 Windows 中的文件缓存机制:

在 Linux 中的文件缓存机制:

总结与代码示例


    

        当谈论磁盘文件系统、虚拟文件系统和文件缓存时,这些是计算机系统中关键的组成部分,它们协同工作以实现文件管理和数据存储的功能。以下是对它们的基础介绍:

磁盘文件系统(Disk File System)

        磁盘文件系统是操作系统用于管理磁盘存储器上文件的一种方式。它负责组织和管理文件的物理存储空间,以及对文件的访问和操作。常见的磁盘文件系统包括 NTFS(Windows)、EXT4(Linux)和HFS+(Mac OS)等。

  • 文件组织:磁盘文件系统将磁盘分成一个或多个分区,每个分区可以包含一个或多个文件系统。文件系统则将磁盘空间组织成文件和目录的层次结构。

  • 数据存储:文件系统负责将文件存储到磁盘上,并跟踪文件的元数据(如文件名、大小、创建时间等)以及文件数据的物理位置。

  • 访问控制:文件系统通过权限系统来控制对文件的访问权限,以保证数据的安全性和完整性。

1. NTFS(New Technology File System)

  • 用途:NTFS 是微软开发的用于 Windows 系统的主要文件系统,用于管理硬盘和其他存储设备上的文件。它支持大容量硬盘和大文件,提供了更可靠的数据安全性和访问控制。

  • 特点

    • 安全性:NTFS 支持文件级别的安全权限控制,可以为每个文件或文件夹设置权限,以控制对文件的访问。
    • 压缩:NTFS 支持对文件和文件夹进行压缩,以节省磁盘空间。
    • 日志:NTFS 使用日志来记录文件系统的操作,以提高数据的稳定性和一致性。
    • 加密:NTFS 支持对文件进行加密,以保护数据的安全性。
  • 限制:NTFS 是专有的文件系统,因此在非 Windows 系统上的兼容性有限。

2. EXT4(Fourth Extended File System)

  • 用途:EXT4 是 Linux 系统中最常用的文件系统,用于管理硬盘和其他存储设备上的文件。它是 EXT 文件系统系列的第四个版本,是 EXT3 文件系统的升级版本。

  • 特点

    • 高性能:EXT4 支持延迟分配和多块分配等技术,提高了文件系统的性能。
    • 扩展性:EXT4 支持更大的文件系统和更大的文件大小,可以管理高容量的硬盘和大文件。
    • 日志:EXT4 使用日志来记录文件系统的操作,以提高数据的稳定性和一致性。
    • 快速检查:EXT4 文件系统在启动时可以快速检查文件系统,从而减少系统启动时间。
  • 限制:EXT4 不支持像 NTFS 那样的文件级别的安全权限控制,而是基于用户和组的权限控制。

3. HFS+(Hierarchical File System Plus)

  • 用途:HFS+ 是苹果公司用于 macOS 系统的主要文件系统,用于管理硬盘和其他存储设备上的文件。它是 HFS 文件系统的升级版本。

  • 特点

    • 元数据:HFS+ 使用 B*-树来组织文件系统的元数据,提高了文件系统的性能和可靠性。
    • 资源派生文件:HFS+ 支持资源派生文件(Resource Forks),允许文件存储额外的元数据和资源信息。
    • 兼容性:HFS+ 文件系统可以与早期的 HFS 文件系统兼容,并且可以在 macOS 和 Windows 系统之间进行文件共享。
  • 限制:HFS+ 在处理大容量硬盘和大文件时性能较差,因此在 macOS High Sierra 之后,苹果公司开始逐步转向新的文件系统 APFS(Apple File System)。

虚拟文件系统(Virtual File System,VFS)

        虚拟文件系统是操作系统内核提供的接口层,它将不同类型的文件系统抽象为统一的文件操作接口,使得用户程序可以通过相同的系统调用来访问不同类型的文件系统,而不需要了解底层文件系统的具体实现细节。

统一接口:

        VFS 提供了一组统一的文件操作接口,包括打开文件、读取文件、写入文件、关闭文件等。这些接口对于应用程序来说是透明的,它们可以通过标准的文件操作函数(如 fopen、fread、fwrite、fclose)来访问文件,而无需关心底层文件系统的类型或实现方式。这样一来,应用程序可以与不同类型的文件系统交互而无需修改代码,从而提高了代码的可移植性和可维护性。

文件系统注册:

        VFS 允许操作系统内核动态注册和卸载不同类型的文件系统。这意味着在运行时,操作系统可以根据需要加载或卸载特定的文件系统模块,从而支持系统中同时存在多种文件系统。这种动态注册的机制使得系统更加灵活,可以根据用户的需求来扩展文件系统的功能或改变文件系统的实现方式。

抽象层:

        VFS 为不同类型的文件系统提供了一个抽象层,隐藏了各文件系统的细节。通过这个抽象层,文件系统可以向上层提供一致的接口,而不必关心底层文件系统的具体实现方式。这种抽象层的存在使得不同类型的文件系统可以在同一个系统中协同工作,而不会相互影响或产生冲突。同时,抽象层还提供了一些额外的功能,如文件缓存、文件系统挂载、文件系统层次结构等,以支持文件系统的正常运行和管理。

        综上所述,虚拟文件系统(VFS)是操作系统中的一个重要组成部分,它通过提供统一的文件操作接口、动态注册文件系统和提供文件系统抽象层等机制,使得不同类型的文件系统可以在同一个系统中协同工作,从而提高了系统的灵活性、可扩展性和可维护性。

在 Windows 中使用虚拟文件系统(VFS):

在 Windows 中,虚拟文件系统的实现主要通过内核模式文件系统过滤器驱动程序(File System Filter Driver)来完成。Windows 的文件系统栈由多个层次组成,每个层次都有一个或多个文件系统过滤器驱动程序,它们协同工作以提供文件系统的功能。

  • 功能扩展:文件系统过滤器驱动程序可以用于实现各种功能,如加密、压缩、虚拟化、快照等。这些驱动程序通过截获和处理文件系统的请求,来提供额外的功能或改变文件系统的行为。

  • 透明操作:用户程序无需了解底层文件系统的具体实现细节,它们通过标准的系统调用(如CreateFile、ReadFile、WriteFile、CloseHandle)来访问文件,而文件系统过滤器驱动程序则负责将这些请求转发到实际的文件系统上。

  • 用户态接口:虚拟文件系统的一些功能也可以通过用户态的文件系统过滤器驱动程序(如 Dokan)来实现,这样用户程序可以直接通过用户态接口来访问虚拟文件系统,而无需编写内核模式驱动程序。

在 Linux 中使用虚拟文件系统(VFS):

在 Linux 中,虚拟文件系统是内核的一部分,它通过提供一组统一的文件操作接口来将不同类型的文件系统统一起来。

  • 统一接口:Linux 内核提供了一组标准的系统调用(如open、read、write、close),这些调用可以用于访问任何类型的文件系统,无论是本地文件系统还是网络文件系统。

  • 文件系统注册:Linux 内核允许动态加载和卸载文件系统模块,这样可以根据需要在运行时注册不同类型的文件系统,从而支持多种文件系统并存。

  • 虚拟文件系统抽象层:Linux 的虚拟文件系统提供了一个抽象层,它隐藏了各种文件系统的具体实现细节,使得它们可以在同一个系统中协同工作。这个抽象层包括一些通用的数据结构和函数,如inode、dentry、file_operations 等,它们为不同类型的文件系统提供了一个统一的接口。

综上所述,虽然在 Windows 和 Linux 中虚拟文件系统的实现方式略有不同,但它们都提供了一种将不同类型的文件系统统一起来的机制,使得用户程序可以通过相同的系统调用来访问不同类型的文件系统,而无需了解底层文件系统的具体实现细节。

文件缓存(File Cache)

        文件缓存是操作系统中的一种机制,用于提高文件访问的性能。当文件被读取或写入时,操作系统会将部分数据缓存在内存中,以便下次访问时能够更快地获取数据。

  • 读取优化:当文件被读取时,文件系统会将文件的部分内容缓存在内存中,如果下次再读取相同的文件,就可以直接从内存中读取,而无需再次访问磁盘,从而提高读取性能。

  • 写入优化:对于写入操作,文件系统可以先将数据写入到内存中的缓存中,然后再定期将缓存中的数据写入到磁盘中,这样可以减少磁盘 I/O 操作的次数,提高写入性能。

  • 缓存管理:操作系统会根据内存的使用情况来管理文件缓存,当内存不足时,会根据一定的策略来释放缓存空间,以保证系统的稳定性和性能。

在 Windows 中的文件缓存机制:

Windows 操作系统中的文件缓存机制主要依赖于系统缓存管理器(System Cache Manager)来实现。

  • 读取优化:当文件被读取时,Windows 会将文件的部分内容缓存在系统缓存中。如果下次再读取相同的文件,系统会首先检查缓存中是否存在该文件的副本,如果存在,则直接从缓存中读取,而不必再次访问磁盘,从而提高了读取性能。

  • 写入优化:对于写入操作,Windows 会先将数据写入到系统缓存中的写入缓冲区(Write Cache),然后再异步地将数据从写入缓冲区写入到磁盘中。这样可以减少磁盘 I/O 操作的次数,提高了写入性能。

  • 缓存管理:Windows 的系统缓存管理器会根据内存的使用情况来管理文件缓存。当系统内存不足时,系统会根据一定的策略来释放缓存空间,以保证系统的稳定性和性能。同时,Windows 还提供了一些高级缓存管理功能,如超级缓存(SuperFetch)和预读取(Prefetch),以进一步提高文件访问的性能。

在 Linux 中的文件缓存机制:

Linux 操作系统中的文件缓存机制主要依赖于页缓存(Page Cache)来实现。

  • 读取优化:当文件被读取时,Linux 会将文件的部分内容缓存在内存中的页缓存中。如果下次再读取相同的文件,系统会首先检查页缓存中是否存在该文件的副本,如果存在,则直接从页缓存中读取,而不必再次访问磁盘,从而提高了读取性能。

  • 写入优化:对于写入操作,Linux 会先将数据写入到内存中的页缓存中,然后再异步地将数据从页缓存写入到磁盘中。这样可以减少磁盘 I/O 操作的次数,提高了写入性能。

  • 缓存管理:Linux 的页缓存管理机制是基于LRU(Least Recently Used)算法来实现的,系统会根据内存的使用情况来动态调整页缓存的大小。当系统内存不足时,Linux 会根据一定的策略来释放页缓存空间,以保证系统的稳定性和性能。同时,Linux 还提供了一些工具和接口,如 sync 命令和 fsync() 系统调用,可以用于手动刷新文件缓存或将数据从缓存写入到磁盘中。

综上所述,Windows 和 Linux 操作系统中都采用了文件缓存机制来提高文件访问的性能,它们的实现方式略有不同,但目标都是通过缓存部分数据到内存中来减少磁盘 I/O 操作,从而提高读取和写入的性能。

       

总结与代码示例

        综上所述,磁盘文件系统负责管理磁盘上的文件存储,虚拟文件系统提供了统一的文件操作接口,而文件缓存则用于提高文件访问的性能,它们共同组成了现代操作系统中文件管理和数据存储的重要组成部分。

        下面是一个简单的 C++ 代码示例,演示了如何使用磁盘文件系统、虚拟文件系统和文件缓存的不同部分。这个示例将打开一个文件、读取其中的内容,并将其写入到另一个文件中。

#include <iostream>
#include <fstream>int main() {// 文件系统操作:打开文件std::ifstream input_file("input.txt");std::ofstream output_file("output.txt");if (!input_file.is_open()) {std::cerr << "Failed to open input file!" << std::endl;return 1;}if (!output_file.is_open()) {std::cerr << "Failed to open output file!" << std::endl;return 1;}// 文件缓存操作:读取文件内容std::string line;while (std::getline(input_file, line)) {// 虚拟文件系统操作:写入文件output_file << line << std::endl;}// 关闭文件input_file.close();output_file.close();std::cout << "File copied successfully!" << std::endl;return 0;
}

在这个示例中:

  • 磁盘文件系统操作:通过 std::ifstreamstd::ofstream 类来打开文件,这些类提供了对文件系统的访问。
  • 文件缓存操作:文件内容在被读取时可能会被缓存在内存中,以提高读取性能。这是由 C++ 的文件输入流 std::ifstream 自动处理的,不需要显式的缓存操作。
  • 虚拟文件系统操作:通过 output_file 对象向输出文件写入内容,这些操作实际上会被虚拟文件系统转换为相应的系统调用,如 write()

这个示例展示了磁盘文件系统、虚拟文件系统和文件缓存的典型使用情况,它们共同协作以实现文件的读取和写入操作。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/701170.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Edting While Playing 瓦片地图编辑器开发整合导入自定义贴图 DEVC++ VS2022都可复制粘贴运行

接 多种类型图片模块读取-CSDN博客 与 Editing While Playing 使用 Easyx 开发的 RPG 地图编辑器 tilemap eaitor-CSDN博客 整合实现平面贴图纹理自定义 操作同上 导入步骤&#xff1a; 先运行程序&#xff0c;然后关闭&#xff0c;同目录下有四个文件夹&#xff0c; 把…

模型评估方式

文章目录 一、有监督-分类模型1、混淆矩阵2、分类模型的精度和召回率3、ROC曲线与AUC 二、有监督-回归模型1、均方误差MSE2、 R 2 R^2 R2决定系数3、回归模型代码示例 三、无监督模型1、kmeans求解最优k值的方法&#xff1a;轮廓系数、肘部法2、GMM的最优组件个数&#xff1a;A…

Vue+SpringBoot打造快递管理系统

目录 一、摘要1.1 项目介绍1.2 项目录屏 二、研究内容2.1 数据中心模块2.2 快递类型模块2.3 快递区域模块2.4 快递货架模块2.5 快递档案模块 三、界面展示3.1 登录注册3.2 快递类型3.3 快递区域3.4 快递货架3.5 快递档案3.6 系统基础模块 四、免责说明 一、摘要 1.1 项目介绍 …

Selenium 柱状图自动化测试

目录 前言: 获取柱状图echarts实例 获取柱状图实例锚点的坐标 从实例中获取柱状图坐标数据 柱状图成像原理讲解 柱状图坐标含义讲解 x坐标含义 y坐标含义 计算柱状图左上角y坐标 计算柱状图相对于canvas中心坐标 计算柱状图相对于浏览器窗口的坐标 使用计算后的坐标…

vue3中ref创建变量取值时自动补充 .value 插件 volar

插件 TypeScript Vue Plugin (Volar) 设置中配置

进阶了解C++(2)——复杂的继承及其底层原理

在上篇文章中&#xff0c;给出了关于继承这部分的相关知识&#xff0c;例如继承的定义&#xff0c;继承与默认成员函数等。本文将针对复杂的继承方式&#xff0c; 1. 复杂的继承方式&#xff1a; 1.1 单继承&#xff1a; class Professor { public:int _age;string _name; }…

OSX逆向分析基础

文章目录 前言OSX基础工具方法动态调试参考链接 前言 如果你想真正成为软件高手&#xff0c;就得了解底层运作机制。逆向&#xff0c;不会让你成为扎克伯格或张一鸣&#xff0c;但或许能让你成为安全专家。 OSX基础 Mac OS X下二进制可执行文件的动态链接库是dylib文件。 所…

Windows安装HBuilderX

下载 HBuilderX下载地址: 下载地址 解压安装包 HBuilderX&#xff0c;Windows为zip包&#xff0c;解压后才能使用。 首先&#xff0c;选中下载的zip包&#xff0c;点击右键菜单&#xff0c;点击解压到当前文件夹进入解压后的文件夹&#xff0c;找到HBuilderX.exe&#xff0…

计算机组成原理(13)-----硬件多线程

目录 1.细粒度多线程 2.粗粒度多线程 3.同时多线程&#xff08;SMT&#xff09; 在不支持硬件多线程的处理器中&#xff0c;若要进行线程的切换&#xff0c;就需要保存和恢复线程的运行环境&#xff08;否则会出现数据覆盖引起的错误&#xff09;。 但在支持硬件多线程的处…

Android java中包的使用

一.包的使用 为了更好的实现项目中类的管理&#xff0c;提供包的概念。 package语句作为Java源文件的第一条语句&#xff0c;指明该文件中定义的类所在的包。(若缺省该语句&#xff0c;则指定为无名包)。 它的格式为&#xff1a;package 顶层包名.子包名 ; 二.java中主要的包…

算法分析-面试1-字符串

文章目录 前言一、分类&#xff1a;看看就行了二、字符串API&#xff1a;创建和初始化&#xff1a;查询操作&#xff1a;比较操作&#xff1a;修改操作&#xff1a;截取操作&#xff1a;分割操作&#xff1a;格式化操作&#xff1a;连接操作&#xff08;Java 8 及以后&#xff…

Delphi 11 安卓的蓝牙权限申请

上一篇博客里面的代码&#xff0c;演示如何申请安卓的权限。 如何申请安卓的蓝牙权限&#xff1f; 本博客之前有一篇文章写过。 现在 Google 要求 Android API Level 必须是 33。对于 BLE 的权限申请&#xff0c;有了一些新的要求。 以下描述&#xff0c;基于 Delphi 11。 …

React Context的使用方法

背景&#xff1a;在某些场景下&#xff0c;你想在整个组件树中传递数据&#xff0c;但却不想手动地在每一层传递属性&#xff0c;你可以直接在React中使用强大的contextAPI 解决上述问题 在一个典型的React 中&#xff0c;数据通过Props属性自下而上&#xff08;由父及子&…

vue页面基本增删改查

练手项目vue页面 新手前端轻喷&#xff1a; 效果如下 1、2两个部分组成&#xff1a; 对应代码中 element-ui中的 el-form 和 el-table 照着抄呗&#xff0c;硬着头皮来&#xff01; 建议&#xff1a;认真读一遍你用的组件 那上边简单得列表举例&#xff1a; 建议大家手敲一个…

Unity与Android交互通信系列(5)

在前述文章中&#xff0c;已经使用了AndroidJavaProxy代理接口&#xff0c;本节我们将详细的介绍AndroidJavaProxy代理的用法。正如其名&#xff0c;AndroidJavaProxy是一个代理&#xff0c;它在Android端代码与Unity端代码交互中起一个桥接作用。其一般用法为在Java代码中定义…

【深度学习】主要提出者【Hinton】中国大会最新演讲【通往智能的两种道路】

「但我已经老了&#xff0c;我所希望的是像你们这样的年轻有为的研究人员&#xff0c;去想出我们如何能够拥有这些超级智能&#xff0c;使我们的生活变得更好&#xff0c;而不是被它们控制。」 6 月 10 日&#xff0c;在 2023 北京智源大会的闭幕式演讲中&#xff0c;在谈到如…

一键生成PDF即刻呈现:轻松创建无忧体验

在信息爆炸的时代&#xff0c;我们每天都在与各种文件、资料打交道。无论是工作中的报告、合同&#xff0c;还是学习中的笔记、论文&#xff0c;如何高效、安全地管理这些珍贵的资料&#xff0c;成为了我们迫切的需求。幸运的是&#xff0c;随着科技的发展&#xff0c;我们不再…

SpringBoot Admin 详解

SpringBoot Admin 详解 一、Actuator 详解1.Actuator原生端点1.1 监控检查端点&#xff1a;health1.2 应用信息端点&#xff1a;info1.3 http调用记录端点&#xff1a;httptrace1.4 堆栈信息端点&#xff1a;heapdump1.5 线程信息端点&#xff1a;threaddump1.6 获取全量Bean的…

4、全球资产配置策略

2022年06月23日 传统的资产配置就是在债券类资产和国内股票类资产间以一定的比例进行调整。但是这类资产配置模式往往缺乏一类风险收益特征和国内资产接近但相关性较低、并且还可以有效分散国内市场风险的资产&#xff0c;而进行境外资产投资则可以很好地弥补这一空缺。实际上全…

Java学习——正则表达式

正则表达式是一种强大的文本处理工具&#xff0c;用于搜索、匹配、替换文本。它们定义了字符串的搜索模式&#xff0c;可以快速地检查一个字符串是否与某个模式匹配&#xff0c;提取匹配字符串&#xff0c;或者执行替换操作。正则表达式在文本编辑器、编程语言和数据库管理中广…