【考研408操作系统】最容易理解的知识体系-文件管理-面向人类管理

苏泽

“弃工从研”的路上很孤独，于是我记下了些许笔记相伴，希望能够帮助到大家

我将以全新的视角用两篇文章梳理完考研计算机当中关于“文件管理”这个部分的考点的所有内容以下是我整理的知识点思维导图

关于“文件”本身

文件的概念

文件的属性

文件的分类

文件管理

文件非常多的时候就需要管理又是计算机经典的问题-如何管理？

面向人类管理

文件控制块（FCB）

FCB的组成：

编辑

起初人们用它作为唯一的记录文件信息的账本

索引节点

内存索引节点（In-Memory Index Node）

磁盘索引节点（Disk Index Node）

区别和联系

文件的逻辑结构

无结构文件

有结构文件

顺序文件

索引文件

索引顺序文件

散列文件

考点分析

文件保护

访问类型

访问控制

面向计算机管理

关于“文件”本身

这个部分简单过一下大概知道了解即可重点是关于文件的管理

文件的概念

文件是数据的集合，可以是文本、图像、音频、视频等多种形式。在计算机系统中，文件用于存储信息，以便用户和程序可以访问和处理这些信息。

文件的属性

文件具有以下一些基本属性：

文件名：用于标识文件的唯一名称。
创建日期：文件创建的时间。
修改日期：文件最后一次被修改的时间。
访问权限：定义了谁可以读取、写入或执行文件。
大小：文件所占存储空间的大小。
类型：文件的格式或用途，如文本文件、图像文件等。

文件的分类

文件可以根据不同的标准进行分类：

按用途分类：
- 文本文件：包含文本数据。
- 图像文件：存储图像数据。
- 音频文件：存储音频数据。
- 视频文件：存储视频数据。
按存储方式分类：
- 普通文件：存储在文件系统中的常规数据。
- 目录文件：也称为文件夹，用于组织其他文件。
按共享性分类：
- 硬链接：多个目录项指向同一个索引节点，共享文件的物理存储。
- 软链接：一个文件指向另一个文件的路径，不共享物理存储。
按访问方式分类：
- 顺序访问文件：数据以线性方式存储，只能从头到尾顺序读取。
- 随机访问文件：数据可以以任意顺序访问。

文件管理

文件非常多的时候就需要管理又是计算机经典的问题-如何管理？

这里提出一套更适合人类的思路去整理跟王道书上的顺序有出入但绝对更好理解

我们都知道操作系统这个角色本就是在同时跟“计算机”和“人类”两个角色来打交道我们站在这一角度出发把文件管理的知识点分为这两大类：面向计算机管理 和 面向人类管理

面向人类管理

文件控制块（FCB）

FCB是一个为了方便人类进行管理而设计的数据结构，用于在操作系统中管理一个打开的文件。它包含了操作系统需要跟踪的有关文件的所有信息。

FCB的组成：

文件名：唯一标识一个文件的名称。
文件属性：如文件类型、创建时间、修改时间等。
文件状态：例如，文件是否打开、读写状态等。
索引指针：指向文件数据在存储介质上的位置。
分配信息：文件占用的存储空间信息，包括使用的分配策略（如连续分配、链接分配或索引分配）。
访问控制信息：定义了谁可以访问文件以及访问权限（如读、写或执行）。

也就是我们常见的打开文件夹看到的那一堆信息就是他记录的就是个专门记录文件信息的账本罢了

起初人们用它作为唯一的记录文件信息的账本

所以当文件很多的时候就要占用一大堆的盘块，在查找的时候就要在很多个磁盘块里找，例如放在了20个磁盘找完第一个找第二个一直找下去，我们都知道在磁盘中查找数据的速度对于计算机来说非常慢效率非常低而且在搜索过程中只有文件名是起到搜索作用的 于是人们想到不如把文件名和文件地址单独领出来做一张表：索引节点！

索引节点

内存索引节点（In-Memory Index Node）

内存索引节点通常指的是在内存中用于跟踪文件信息的数据结构。这种索引节点包含了文件的元数据，比如文件的权限、大小、创建时间等，以及指向文件数据的指针。在内存管理中，它们可以帮助操作系统快速地定位和访问文件数据。

磁盘索引节点（Disk Index Node）

磁盘索引节点则是指在文件系统中，存储在磁盘上的索引节点。这种索引节点用于文件分配方式中的索引分配。每个文件的索引节点包含了文件数据块的地址列表，允许操作系统快速地定位文件在磁盘上的物理位置。这种索引节点是文件系统实现中的关键组成部分，特别是在UNIX和类UNIX系统中。

区别和联系

存储位置：内存索引节点存储在RAM中，而磁盘索引节点存储在磁盘上。
访问速度：内存索引节点由于位于RAM中，访问速度较快；磁盘索引节点的访问需要磁盘I/O操作，速度相对较慢。
用途：内存索引节点主要用于操作系统内部管理，而磁盘索引节点用于文件系统的物理存储管理。
生命周期：内存索引节点在系统重启或崩溃时可能丢失，而磁盘索引节点则可以持久化存储。

既然有了用于管理文件的工具那管理文件的方式有什么呢？

文件的逻辑结构

无结构文件

定义：无结构文件是最简单的文件类型，通常由单一的字符序列组成，如文本文件。
特点：这种文件没有内部结构，数据组织简单，易于实现，但不利于复杂数据的处理和检索。

有结构文件

有结构文件具有内部结构，可以进一步细分为以下几种类型：

顺序文件

定义：顺序文件中的记录按照一定的顺序（通常是创建顺序或添加顺序）存储。
特点：顺序文件适合于需要顺序访问的场景，如日志文件。它们易于实现，但对于随机访问效率较低。

索引文件

定义：索引文件通过索引表来访问文件中的记录。索引表中包含了指向文件中各个记录位置的指针。
特点：索引文件支持快速随机访问，提高了检索效率，但增加了存储开销。

索引顺序文件

定义：结合了顺序文件和索引文件的特点，文件中的记录按顺序排列，但同时提供了索引表以加速对记录的检索。
特点：索引顺序文件既保持了顺序文件的顺序访问特性，又通过索引提高了随机访问的效率。

散列文件

定义：使用散列技术来访问文件中的记录，通过散列函数将记录的键映射到散列表中的一个位置。
特点：散列文件适合于需要快速查找的场景，但可能存在散列冲突问题。

考点分析

文件的逻辑结构：理解不同文件逻辑结构的特点和适用场景。
文件访问方式：掌握顺序访问、随机访问等访问方式及其在不同文件结构中的应用。
文件存储效率：分析不同文件结构对存储效率的影响，如索引文件和散列文件的存储开销。
文件共享：了解硬链接和软链接两种文件共享方式的区别及其实现原理。
文件存储空间管理：掌握空闲表法、空闲链表法、位示图法和成组链接法等文件存储空间管理方法。

文件保护

文件保护是操作系统中确保数据安全和完整性的重要功能。以下是从访问类型和访问控制两个角度对文件保护的详细知识点进行的讲解：

访问类型

读权限：允许用户读取文件内容，但不允许修改或删除文件。
写权限：允许用户修改文件内容，包括添加、删除或更改数据。
执行权限：允许用户执行文件，通常用于可执行程序。
删除权限：允许用户删除文件。

访问控制

用户身份验证：确保只有经过验证的用户才能访问文件。这通常涉及到用户名和密码或其他形式的身份验证机制。

权限设置：

文件所有者：通常拥有对文件的所有权限。
组用户：文件所有者所属的用户组，可以设置不同的权限级别。
其他用户：除了文件所有者和组用户之外的所有用户。

访问控制列表（ACL）：提供了一种更细粒度的访问控制机制，允许系统管理员为不同的用户或用户组设置不同的访问权限。

角色基于的访问控制（RBAC）：基于用户的角色来分配权限，而不是直接基于用户身份。

强制访问控制（MAC）：系统强制实施的访问控制策略，通常用于高安全性环境。

自主访问控制（DAC）：由文件或资源的所有者决定谁可以访问以及访问的权限级别。

文件加密：对文件内容进行加密，确保即使数据被未授权访问，也无法被解读。

审计和日志记录：记录文件访问和操作的详细日志，用于监控和审计文件的使用情况。

文件锁定：在文件被一个进程使用时，可以锁定文件以防止其他进程对其进行修改。

文件系统的权限继承：子目录和文件继承其父目录的权限设置，简化权限管理。