【操作系统】文件管理——文件共享与保护，文件系统的结构（个人笔记）

学习日期：2024.7.18

内容摘要：文件共享，文件保护，文件系统的层级结构和全局结构，虚拟文件系统

文件共享

操作系统提供的文件共享功能，可以让多个用户共享使用同一个文件。文件共享和文件复制是不一样的，共享意味着系统中只有“一份”文件数据，一个用户修改，其他的用户都可以看到文件数据的变化。而复制意味着有好几份数据，用户修改自己的那份，对其他用户没有影响。

基于索引节点的共享方式（硬链接）

之前介绍过，索引节点是只包括文件名和索引节点指针的结构。索引节点中设计了一个链接计数变量count，统计链接到本索引节点上的用户目录项数。

通过共享同一个节点来共享文件，当用户决定删除文件时，事实上操作系统只是删除了用户目录中与该文件对应的目录项，并且让count--了，只有当count==0时，才真正删除文件的数据。

基于符号链的共享方式（软链接）

比如说，当User3也共享这个文件时，使用一个Link类型的文件指向文件1，这个Link就类似快捷方式，User3的索引节点指针不是直接指向要访问的文件，而是指向Link类型文件，再通过Link类型的文件访问要共享的文件。

当文件1被删除时，软链接方式找不到文件1了，此快捷方式就失效了，在Windows操作系统中，会提示我们“此快捷方式指向的项目xxx已删除”。

文件保护

口令保护

用户为文件设置一个口令（一般是一个字符串，保存在文件对应的FCB或索引节点当中，访问前操作系统会比对），用户请求访问该文件时必须提供该口令，否则不允许访问。

优点：空间开销和时间开销都很小。

缺点：正确的口令放在系统内部，可能被入侵，不够安全。

加密保护

使用某个“密码”（与口令的本质区别是，设置了加密算法，且不需要存在系统当中）对文件进行加密，在访问文件时需要提供正确的密码才能解密。

优点：保密性强，不需要在系统中存储密码。

缺点：编码和解码需要一定的时间开销。

访问控制

系统会在每个文件的FCB或索引节点中增加一个访问控制表（Access-Control List，ACL），该表中记录了用户可以对文件进行的访问操作权限。在用户访问前，操作系统会检查访问控制表，确认用户的权限。

而用户很多时，控制表可能会比较复杂，此时就把用户分成几组，比如说可以分成系统管理员，文件主，文件主的伙伴，其他用户这几个分组。在Windows中，“以管理员身份运行”就是这样。

优点：实现灵活，可以实现复杂的文件保护功能。

文件的层次结构

用一个例子来帮助记忆层次：

一个用户想删除文件"D:/工作记录:/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请求——用户接口

2.由于用户提供的是文件的路径，操作系统需要按照路径一层一层的查找目录，找到对应的目录项——文件目录系统

3.不同的用户对文件有不同的操作权限，操作系统要确认用户的权限——存取控制模块

4.在验证了用户有权限后，操作系统把用户提供的“记录号”转换为对应的逻辑地址——逻辑文件系统与文件信息缓冲区

5.把上一层提供的逻辑地址再转换为实际的物理地址——物理文件系统

6.有了物理地址，再对磁盘设备发出请求，删除数据——设备管理程序模块

7.删除这些记录后，肯定有一些盘块空闲，将这些盘块重新回收——辅助分配模块

文件系统的全局结构

从一个磁盘出厂开始，文件系统在外存中是如何一步步建立的？

物理格式化：将磁盘分成一个个扇区，并用备用扇区替换。

坏扇区对操作系统也是透明的，操作系统不知道有坏扇区的存在，因为已经被自动替换了。

逻辑格式化：磁盘分区（CDE盘），划分超级块等方便找到空闲块的结构。

空闲空间管理块在之前介绍过，主要用于记录空闲空间，而i节点区主要存放索引节点。

内存中会有最近打开的目录的缓存（相对路径，详见文件管理基础）以此来快速访问附近的文件，不需要每次都从磁盘读入，而进程打开文件表和系统打开文件表，分别记录了进程打开的文件和系统打开的全部文件。当我们删除文件时，有时会提示“无法删除，因为该文件正在被xx进程占用”这就是系统/进程打开文件表记录的作用，它能避免不同进程访问同一文件时的一些冲突。