1、談?wù)勈裁词俏募到y(tǒng)

文件系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，同時(shí)種類(lèi)也是特別的多，并且不同平臺(tái)也會(huì)使用不同性能和特點(diǎn)的文件系統(tǒng)，比如查找效率、數(shù)據(jù)安全等級(jí)等等，如下面windows使用的NTFS:

不同的文件系統(tǒng)：

單片機(jī)常用文件系統(tǒng)：Fatfs、振南的Znfs等等；

Linux常用文件系統(tǒng) : Ext擴(kuò)展fs、jffs，?yaffs等等；

windows常用文件系統(tǒng) : NTFS等

......

雖然文件系統(tǒng)多種多樣，看起來(lái)非常復(fù)雜，其實(shí)主要目的還是為用戶(hù)提供讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一服務(wù)，同時(shí)附帶有文件的組織，定位和安全等等功能。

2、自己組織數(shù)據(jù)保存

既然文件系統(tǒng)的主要功能是保存數(shù)據(jù)，那么當(dāng)我們用一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)(如硬盤(pán)、Flash等)在沒(méi)有文件系統(tǒng)的情況下該如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)呢 ?

無(wú)文件系統(tǒng)存儲(chǔ)方式

分析一下：

一般我們會(huì)規(guī)劃一個(gè)存儲(chǔ)分配規(guī)劃區(qū)，該區(qū)域中存儲(chǔ)著各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)所存儲(chǔ)的位置，大小等等一些描述信息。

該存儲(chǔ)分配規(guī)劃區(qū)一般都是固定的，當(dāng)程序上電以后會(huì)從固定的地址讀取該部分信息，進(jìn)而定位各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域，當(dāng)應(yīng)用程序需要訪問(wèn)某個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域的時(shí)候，便可以通過(guò)描述信息找到對(duì)應(yīng)的區(qū)域并讀取或者寫(xiě)入相關(guān)信息。

3、文件系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)

其實(shí)上面提到的無(wú)文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)辦法，可以看成最原始、為簡(jiǎn)單的文件系統(tǒng)。然而比較完整的文件系統(tǒng)僅僅只是在該基礎(chǔ)上進(jìn)行性能上的加強(qiáng)和功能上的增多。

1、空間的分配 ? ? 把前面的數(shù)據(jù)區(qū)域看成一個(gè)個(gè)的文件，如何為這一些文件分配合適的區(qū)域，當(dāng)文件變大如何把空閑的空間拿來(lái)進(jìn)行分配和組織等等都由文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的算法進(jìn)行處理。 ?

2、查找與定位 ? ? 當(dāng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的文件數(shù)量越來(lái)越多，如何快速的查找到對(duì)應(yīng)的文件，并且如何對(duì)各個(gè)文件進(jìn)行標(biāo)識(shí)和組織，從而達(dá)到高效的查找和定位，也是文件系統(tǒng)需要做的工作。 ?

3、可靠性和安全性 ? ? 當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)出現(xiàn)損壞或者壞塊，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)或者數(shù)據(jù)校驗(yàn)，如何保護(hù)相關(guān)重要文件不被惡意操作等也是文件系統(tǒng)需要考慮的。

4、文件屬性

文件系統(tǒng)的基本操作單元是文件，那么要實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)對(duì)文件靈活管理就需要每個(gè)文件(也就是之前的數(shù)據(jù)區(qū))有一個(gè)更加詳細(xì)的描述，這些文件描述信息都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，當(dāng)讀取(專(zhuān)業(yè)一點(diǎn)叫加載)所對(duì)應(yīng)文件系統(tǒng)的配置信息存儲(chǔ)區(qū)域就獲得了對(duì)應(yīng)文件系統(tǒng)所管理的文件Map，如下圖是文件的相關(guān)屬性: ? ?

? ? ? ? 從上面了解到每個(gè)文件的屬性非常豐富，包括名字、路徑、大小、修改時(shí)間、安全所屬等等信息，這些信息都是為以后索引，保護(hù)等訪問(wèn)文件做準(zhǔn)備的。

5、文件描述符

這里所說(shuō)的文件描述符和第4小節(jié)所說(shuō)的文件屬性描述信息不相同，文件屬性描述信息存儲(chǔ)在介質(zhì)上，而文件描述符是當(dāng)用戶(hù)需要操作文件形成的一個(gè)文件描述操作符，所以文件描述符與每個(gè)文件打開(kāi)的文件對(duì)應(yīng)，只有當(dāng)應(yīng)用程序需要訪問(wèn)某個(gè)文件才會(huì)形成這樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)，否則沒(méi)有必要產(chǎn)生，從而節(jié)省內(nèi)存空間，如下圖所示: ?

? ?? ? ? 每個(gè)進(jìn)程維護(hù)著一個(gè)文件描述符表，文件描述符表中包含多個(gè)文件描述符，同時(shí)每個(gè)文件描述符中包含有對(duì)應(yīng)打開(kāi)文件表中的文件指針，通過(guò)文件指針即可知道當(dāng)前文件讀寫(xiě)偏移、訪問(wèn)權(quán)限等等，通過(guò)打開(kāi)文件表項(xiàng)中的inode指針又可以訪問(wèn)到inode表中具體的文件類(lèi)型、修改記錄時(shí)間等等信息。 ?

? 所以文件描述符僅僅只是打開(kāi)文件的一個(gè)標(biāo)識(shí)。

6、文件類(lèi)型

對(duì)于大部分文件系統(tǒng)中的文件是沒(méi)有文件類(lèi)型定義的，僅僅只是讀寫(xiě)字節(jié)序列流，至于具體文件內(nèi)容的格式或者類(lèi)型都由用戶(hù)程序自己解析定義，如下圖所示：

7、文件目錄

大部分文件系統(tǒng)都采用一種分層的組織思想，以目錄的形式去組織各個(gè)文件，在windows中的文件夾也就是一個(gè)目錄項(xiàng)，該目錄項(xiàng)也是一個(gè)特殊的文件，不過(guò)其文件中包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容是指向的其子目錄項(xiàng)或者是子文件，看起來(lái)就像一棵樹(shù)。 ? ??

? ? 那么通過(guò)路徑的方式 : 根目錄/子目錄3/文件1 的描述，便可以直接找到對(duì)應(yīng)的文件相關(guān)信息，進(jìn)而操作文件。

8、硬鏈接與軟連接

1、硬鏈接

如下圖所示，通過(guò)不同的路徑可以訪問(wèn)同一個(gè)文件，這就是硬鏈接，如果刪除了其中一個(gè)目錄項(xiàng)僅僅只是刪除了一個(gè)鏈接路徑，可以通過(guò)另外的路徑進(jìn)行訪問(wèn)。

2、軟鏈接

軟鏈接類(lèi)似于“快捷方式”，所以軟鏈接就是一個(gè)文件，其中存放的內(nèi)容是另一文件的路徑，從而可以根據(jù)該內(nèi)容定位到其對(duì)應(yīng)的文件實(shí)體，主要是提供訪問(wèn)上的便利，同時(shí)刪除該鏈接不會(huì)影響到實(shí)際文件。

9、最后小結(jié)

這里僅僅只是為大家介紹了文件系統(tǒng)的一些基本概念，后續(xù)作者會(huì)通過(guò)具體的實(shí)例講解具體文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，從而接觸大家對(duì)文件系統(tǒng)的陌生感，通過(guò)也可以從文件系統(tǒng)中獲得一些處理技巧幫助平時(shí)的開(kāi)發(fā)。

　　審核編輯：湯梓紅