引入—为解决变长记录文件的顺序存取低效问题。
索引文件—为变长记录文件建立一张索引表。
与文件管理系统和文件集合相关联的是文件目录。包含文件的相关信息,如:属性、位置和所有权等。
对目录管理的要求如下:
从文件管理角度看,文件由FCB和文件体(文件本身)两部分组成。
文件控制块是 *** 作系统为管理文件而设置的数据结构,存放了文件的有关说明信息,是文件存在的标志。
FCB 中的信息:
文件目录
把所有的FCB组织在一起,就构成了文件目录,即文件控制块的有序集合。
目录项
构成文件目录的项目(目录项就是FCB)
目录文件
为了实现对文件目录的管理,通常将文件目录以文件的形式保存在外存,称为目录文件。
所有的用户使用一个目录
为每个用户创建一个单独的目录
在两级目录中若允许用户建立自己的子目录,则形成3级或多级目录结构(即树型目录结构)
一盘磁带、一张光盘片、一个硬盘分区或一张软盘片都称为一 卷 ,卷是存储介质的物理单位。一个卷可以保存一个文件或多个文件,也可以一个文件保存在多个卷上。
块 是存储介质上连续信息所组成的一个区域,也叫做物理记录。块是主存储器和辅助存储设备进行信息交换的物理单位,每次总是交换一块或整数块信息。
每个文件在磁盘上占用一组连续的物理块。磁盘地址构成一个线性空间,文件逻辑块顺序与文件物理块顺序相同。
磁盘块分配方法:
可以通过合并(consolidation)将一个文件的各个簇连续存放,以提高I/O访问性能。
链接表FAT,每项保存下一块链接地址,整个磁盘仅设置一张。
链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存在的问题, 但又出现了另外两个问题, 即:
为每一个文件分配一个索引块(表),再把分配给该文件的所有块号,都记录在该索引块中。故索引块就是一个含有许多块号地址的数组。
优点 :
缺点 :
索引顺序文件
程序直接控制方式 是指由程序直接控制内存或CPU和外围设备之间进行信息传送的方式。通常又称为“忙—等”方式或循环测试方式。
(1)把一个启动位为“1”的控制字写入该设备的控制状态寄存器。
(2)将需输出数据送到数据缓冲寄存器。
(3)测试控制状态寄存中的“完成位”,若为0,转(2),否则转(4)。
(4)输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走进行实际的输出。
(1)进程需要数据时,将允许启动和允许中断的控制字写入设备控制状态寄存器中,启动该设备进行输入 *** 作。
(2)该进程放弃处理机,等待输入的完成。 *** 作系统进程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。
(3)当输入完成时,输入设备通过中断请求线向CPU发出中断请求信号。CPU在接收到中断信号之后,转向中断处理程序。
(4)中断处理程序首先保护现场,然后把输入缓冲寄存器中的数据传送到某一特定单元中去,同时将等待输入完成的那个进程唤醒,进入就绪状态,最后恢复现场,并返回到被中断的进程继续执行。
(5)在以后的某一时刻, *** 作系统进程调度程序选中提出的请求并得到获取数据的进程,该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。
DMA方式又称直接内存访问(Direct Memory Access)方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据交换通路。DMA采用总线周期挪用实现I/O。
缓冲(Buffering) - 在设备之间传送数据时,(暂时)保存数据。
单缓冲是 *** 作系统提供的最简单的一种缓冲形式。每当一个进程发出一个I/O请求时, *** 作系统便在主存中为之分配一个缓冲区,该缓冲区用来临时存放输入/输出数据。
设备先把数据写入缓冲区,然后用户进程从缓冲区读走数据。
从自由主存中分配一组缓冲区即可构成缓冲池。
缓冲区可以在收容输入、提取输入、收容输出和提取输出四种方式下工作。
F指向队首,L指向队尾。(emq指空缓冲区队列,inq装满输入数据的输入缓冲队列 ,out装满输出数据的输出缓冲队列 )
文件IO的分层设计
先看图:
malloc的buf对应application buffer,用户空间;
fwrite是系统提供的最上层接口,也是最常用的接口。它在用户进程空间开辟一个CLib buffer,将多次小数据量相邻写 *** 作(application buffer)先缓存起来,合并,最终调用write函数一次性写入(或者将大块数据分解多次write调用);
write函数通过调用系统调用接口,将数据从应用层copy到内核层,所以write会触发内核态/用户态切换。当数据到达page cache后,内核并不会立即把数据往下传递。而是返回用户空间。数据什么时候写入硬盘,有内核IO调度决定,所以write是一个异步调用
read调用是先检查page cache里面是否有数据,如果有,就取出来返回用户,如果没有,就同步传递下去并等待有数据,再返回用户,所以read是一个同步过程;
fclose隐含fflush函数,fflush只负责把数据从Clibbuffer拷贝到pagecache中返回,并没有刷新到磁盘上,刷新到磁盘上可以使用fsync函数;
即便fsync仍有可能没写到磁盘上,一是磁盘有缓存,二是即便关闭缓存也可能为了跑分没有真正关闭;
** 一致性
fwrite使用用户进程私有空间,多线程必然需要做同步。write如果写大小小于PIPE_BUF,是原子 *** 作。根据已知信息,内核所做仅限于此,如果两个进程同时写文件,可能出现错乱,需要实测。
** 安全性
从前面的分层设计来看,使用fsync函数可以最大限度保障安全写入,但仍然没有绝对的安全性。
另外一张图
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