Chap. 12 Note

Device Drivers 设备驱动：
- 直接与设备、控制器或通道通信。
- 启动 I/O 操作并处理中断或完成事件。
Basic File System / Physical I/O 基本文件系统：
- 处理磁盘或磁带上的数据块。
- 关心块的位置和内存缓冲，不理解文件内容。
Basic I/O Supervisor 基本 I/O 管理器：
- 负责文件 I/O 的启动和结束。
- 维护设备 I/O、调度、文件状态、缓冲区和空间分配。
Logical I/O 逻辑 I/O：
- 面向记录而不是物理块。
- 维护文件的基本数据。
Access Method 访问方法：
- 最接近用户和应用。
- 为不同文件结构提供统一接口，如顺序访问、索引访问、散列访问。

文件管理主要功能

目录管理：通过目录定位文件并维护属性。
访问控制：限制哪些用户可以怎样访问文件。
记录处理：把用户看到的记录映射到文件操作。
块管理：把逻辑记录组织为物理块。
二级存储管理：分配和回收磁盘块。
I/O 调度：提升磁盘访问性能。
空闲空间管理：记录哪些磁盘块尚未使用。

12.2 File Organization and Access：文件组织与访问

文件组织的含义

文件组织指记录的逻辑结构，取决于记录的访问方式。
物理组织还受到记录阻塞和文件分配策略影响。

选择文件组织的重要标准

访问时间短。
易于更新。
节省存储空间。
维护简单。
可靠性高。

这些标准可能冲突：

索引能加快访问，但会增加冗余和空间开销。
顺序结构简单省空间，但随机访问慢。

五种基本文件组织

Pile 堆文件。
Sequential File 顺序文件。
Indexed Sequential File 索引顺序文件。
Indexed File 索引文件。
Direct / Hashed File 直接文件或散列文件。

Pile 堆文件

特点：

最简单的文件组织。
数据按到达顺序收集。
每条记录可以字段不同、顺序不同。
字段通常需要自描述，包括字段名和值。
字段长度可通过分隔符、长度子字段或默认规则表示。

访问方式：

没有结构，只能穷尽搜索。
查找某字段或某值时，可能必须扫描整个文件。

优点：

易于插入和更新。
适合收集原始数据。
适合数据大小和结构变化很大的场景。
空间利用较好。

缺点：

查找效率差。
不适合大多数需要快速检索的应用。

Sequential File 顺序文件

特点：

最常见的文件结构。
记录格式固定。
所有记录长度相同。
字段数量、字段顺序和字段长度固定。
只需存储字段值，字段名和字段长度作为文件结构属性保存。
通常有一个 key field 关键字段。
关键字段唯一标识记录。
记录按关键字段顺序存储。

适用场景：

批处理应用。
每次处理全部或大部分记录，如工资、账单。
唯一容易同时存储在磁带和磁盘上的组织方式。

优点：

结构简单。
顺序处理效率高。
适合全文件扫描。

缺点：

单条记录查询慢，需要顺序搜索。
插入新记录困难。
常用 log file / transaction file 暂存新记录，再周期性批量合并。

链表式顺序文件：

每个物理块保存一个或多个记录。
块中包含指向下一块的指针。
插入时只需修改指针。
代价是额外指针开销和处理开销。

Indexed Sequential File 索引顺序文件

核心思想：

保留顺序文件按关键字排序的特点。
增加索引以支持随机访问。
增加溢出文件 overflow file 处理插入。

结构：

主文件按关键字段顺序排列。
索引文件包含关键字段和指向主文件的指针。
溢出文件保存新插入但尚未合并进主文件的记录。

查找过程：

先查索引，找到小于等于目标键的最大索引项。
根据指针进入主文件附近位置。
再顺序搜索少量记录。

优点：

比普通顺序文件大幅减少平均查找时间。
仍保留顺序处理能力。
可用多级索引进一步提升效率。

插入处理：

新记录先放入溢出文件。
前驱记录维护指向溢出记录的指针。
定期把主文件和溢出文件批量合并。

缺点：

溢出文件过大时性能下降。
需要定期重组。
主要仍围绕一个关键字段组织。

Indexed File 索引文件

核心思想：

放弃单一关键字段和顺序性。
记录通过多个索引访问。
每个可能被搜索的字段都可有索引。

索引类型：

Exhaustive Index 穷尽索引：
- 每条记录都有一个索引项。
Partial Index 部分索引：
- 只为包含某字段的记录建立索引。

优点：

可按多个属性高效查询。
记录位置不受限制。
支持变长记录。
适合查询频繁、实时性强的应用。

缺点：

新增记录时必须更新相关索引。
索引维护成本高。
全文件顺序处理不如顺序文件自然。

典型应用：

航空订票系统。
库存控制系统。

Direct / Hashed File 直接文件或散列文件

特点：

利用磁盘可直接访问已知地址块的能力。
每条记录仍需要关键字段。
不强调记录顺序。
对关键值应用散列函数，得到记录存储位置。

优点：

单条记录访问非常快。
适合固定长度记录。
适合每次只访问一条记录的场景。

缺点：

不适合顺序处理。
需要处理散列冲突，通常配合溢出区。

典型应用：

目录。
价格表。
日程表。
名单。

12.3 B-Trees：B 树

为什么需要 B 树

大文件或数据库中，单级顺序索引仍然太慢。
多级索引可提高访问效率。
普通树若不平衡，会出现长短不一的搜索路径。
B 树是一种平衡的多路搜索树，适合作为大型索引结构。

B 树特点

是树结构，没有闭环。
由节点和叶子组成。
每个节点包含若干关键字和指向子节点的指针。
节点内关键字按非降序排列。
每个节点最多有相同数量的关键字。
所有叶子在同一层。
树保持平衡，搜索路径长度稳定。
分支因子大，因此树通常很矮。

B 树的度 d

若 B 树最小度为 d：

每个节点最多有 2d - 1 个关键字。
每个节点最多有 2d 个子指针。
除根节点外，每个内部节点至少有 d - 1 个关键字。
除根节点外，每个内部节点至少有 d 个子指针。
根节点至少有 1 个关键字和 2 个子节点。
有 k 个指针的非叶节点包含 k - 1 个关键字。

B 树查找

从根节点开始。
若关键字在当前节点中，查找成功。
若目标小于当前节点最小关键字，走最左指针。
若目标大于当前节点最大关键字，走最右指针。
若目标位于两个相邻关键字之间，走中间指针。
重复直到找到或到达叶子。

B 树插入

先按查找过程找到应插入的最低层节点。
若该节点未满，直接按顺序插入。
若节点已满：
- 围绕中位关键字分裂节点。
- 中位关键字提升到父节点。
- 左右两边形成两个节点。
若父节点也满，继续向上分裂。
若根节点分裂，则产生新根，树高加 1。

B 树优点

查找、插入、删除效率高。
树高低，磁盘访问次数少。
所有叶子同层，性能稳定。
广泛用于数据库和操作系统文件系统索引。

12.4 File Directories：文件目录

目录的作用

目录保存文件信息，包括属性、位置、所有者等。
用户通过文件名引用文件，目录负责把文件名映射到实际文件。
目录本身也是一种文件，但通常只能通过系统例程间接访问。

文件目录中的信息

Basic Information 基本信息：

文件名。
文件类型。
文件组织方式。

Address Information 地址信息：

所在卷 volume。
起始地址。
已用大小。
已分配大小。

Access Control Information 访问控制信息：

文件所有者。
授权用户信息。
允许的操作，如读、写、执行、网络传输。

Usage Information 使用信息：

创建日期。
创建者身份。
最近读取日期。
最近读取者。
最近修改日期。
最近修改者。
最近备份日期。
当前使用状态，如是否打开、是否锁定、是否已在内存修改但尚未写回磁盘。

目录操作

Search：搜索目录以定位文件。
Create file：创建文件时添加目录项。
Delete file：删除文件时移除目录项。
List directory：列出目录内容和属性。
Update directory：文件属性变化时更新目录项。

目录结构

简单列表目录

每个文件一个目录项。
文件名作为关键字。
实现简单。
缺点是搜索慢、命名冲突严重、不适合多用户和大量文件。

二级目录

有一个主目录。
每个用户有自己的用户目录。
文件名只需在单个用户目录内唯一。
更容易做访问控制。
缺点是仍不能很好支持用户按项目、类型等组织文件。

树形目录

几乎所有现代系统采用。
主目录下有用户目录。
用户目录下可有子目录和文件。
任意目录都可包含文件或子目录。
支持层次化组织、权限隔离和更自然的命名。

目录内部组织

小目录可用顺序文件。
大目录若条目很多，用散列结构可减少搜索时间。

Pathname 路径名

从根目录到目标文件的一系列目录名加文件名组成 pathname。
同名文件可以存在于不同目录中，只要路径名唯一。
路径名解决全系统唯一命名问题。

Working Directory 工作目录

进程或交互用户当前所在目录。
文件可相对于工作目录引用。
登录或进程创建时，默认工作目录通常是用户主目录。
用户可通过切换目录改变工作目录。

12.5 File Sharing：文件共享

文件共享中的两个核心问题

Access Rights 访问权限。
Simultaneous Access 同时访问控制。

访问权限层次

常见权限从弱到强：

None：
- 用户甚至不知道文件存在。
Knowledge：
- 用户知道文件存在和所有者。
Execution：
- 用户可加载并执行程序，但不能复制。
Reading：
- 用户可读取文件，包括复制和执行。
Appending：
- 用户可在文件末尾追加数据，但不能修改或删除已有内容。
Updating：
- 用户可修改、删除、添加文件内容。
Changing Protection：
- 用户可改变其他用户的访问权限。
Deletion：
- 用户可删除文件。

权限通常构成层次：

较强权限隐含较弱权限。
例如 Updating 通常隐含 Knowledge、Execution、Reading、Appending。

用户分类

Specific user：指定用户。
User groups：用户组。
All：所有用户，即公共文件。

同时访问

多个用户拥有 append 或 update 权限时，系统必须控制并发。
简单方法：更新时锁定整个文件。
更细粒度方法：只锁定被更新的记录。
本质上类似 readers/writers problem。
必须处理互斥和死锁问题。

12.6 Record Blocking：记录阻塞

记录与块

记录是结构化文件的逻辑访问单位。
块是二级存储器 I/O 的基本单位。
文件 I/O 必须把记录组织成块。

块大小的权衡

较大块的优点：

一次 I/O 可传输更多记录。
顺序处理时减少 I/O 次数。
可能提升整体传输效率。

较大块的缺点：

随机访问时可能读入大量无用记录。
需要更大的 I/O 缓冲区。
缓冲管理更复杂。

三种记录阻塞方式

Fixed Blocking 固定阻塞

使用定长记录。
一个块中存放整数个记录。
块末尾可能有未用空间。
未用空间称为内部碎片。
常用于定长记录的顺序文件。

Variable-Length Spanned Blocking 变长跨块阻塞

使用变长记录。
记录紧密打包进块中，几乎不浪费空间。
一个记录可以跨越两个块。
需要指针指向后续块。

优点：

存储利用率高。
不限制记录大小。

缺点：

实现复杂。
跨块记录读取可能需要两次 I/O。
更新困难。

Variable-Length Unspanned Blocking 变长非跨块阻塞

使用变长记录。
记录不能跨块。
若剩余空间不足以放下下一条记录，则浪费该空间。

优点：

比跨块方式简单。
单条记录不会分散到多个块。

缺点：

会产生空间浪费。
记录大小不能超过块大小。

与虚拟内存的关系

虚拟内存系统中，页通常是基本传输单位。
页较小，不适合直接作为大文件 I/O 的块。
一些系统会把多个页组合为一个较大的文件 I/O 块。

12.7 Secondary Storage Management：二级存储管理

两个基本任务

为文件分配磁盘空间。
跟踪哪些磁盘空间仍可分配。

文件分配需要考虑的问题

创建文件时是否一次分配最大空间？
分配单位是一个块、多个连续块，还是整个文件？
用什么数据结构跟踪文件已分配的部分？

Preallocation 预分配

创建文件时声明最大大小。
一次分配所需空间。
适合能预估文件大小的场景，如编译输出、文件传输。

优点：

运行时分配开销小。
可提高连续性。

缺点：

很多应用无法准确预测最大文件大小。
用户容易高估大小，造成空间浪费。

Dynamic Allocation 动态分配

文件增长时按需分配空间。
更灵活，减少预留浪费。
但可能导致文件分散，影响性能。

Portion 分配片段

portion 是连续的一组已分配块。
可以小到一个块，大到整个文件。

分配片段大小的权衡

大连续片段：

顺序访问性能好。
分配表小。
空间重用困难。
可能产生外部碎片。

小固定块：

灵活。
易于重用。
分配表可能很大。
连续性差，可能影响顺序访问。

空闲空间分配策略

First Fit：
- 选择第一个足够大的空闲连续块组。
Best Fit：
- 选择满足要求的最小空闲块组。
Nearest Fit：
- 选择离该文件上次分配位置最近的空闲块组，提高局部性。

三种文件分配方法

Contiguous Allocation 连续分配

特点：

文件创建时分配一整段连续块。
属于预分配。
文件分配表只需记录起始块和长度。

优点：

顺序访问性能最好。
随机访问也简单。
第 i 个块的位置为 b + i - 1。

缺点：

必须预先知道文件大小。
会产生外部碎片。
可能需要磁盘紧缩 compaction。

Chained Allocation 链式分配

特点：

通常按单个块分配。
每个块包含指向下一块的指针。
文件分配表只需记录起始块和长度。
可预分配，但更常见的是按需分配。

优点：

不需要连续空间。
没有外部碎片。
增长方便。

缺点：

随机访问差，必须沿链查找。
指针占用空间。
局部性差，顺序读取可能频繁移动磁头。
可通过周期性文件整理改善局部性。

Indexed Allocation 索引分配

特点：

每个文件有一个索引。
索引中每项指向文件的一个块或一个片段。
文件分配表指向该文件的索引块。

优点：

支持顺序访问和直接访问。
避免连续分配的外部碎片问题。
比链式分配随机访问更好。
是最流行的分配方式之一。

缺点：

需要索引块。
小文件也有索引开销。
索引过大时需要多级索引。

Free Space Management 空闲空间管理

为了分配文件块，系统必须知道哪些块空闲，因此需要 Disk Allocation Table。

Bit Table 位表

每个磁盘块对应 1 位。
0 表示空闲，1 表示已使用。
空间开销最小。
易于查找连续空闲块。
若磁盘很大，位表也可能很大。
通常希望位表驻留内存，否则搜索成本高。
可用辅助摘要表记录每个范围的空闲块数量和最大连续空闲块长度。

位表大小公式：

所需字节数 = disk size in bytes / (8 × file system block size)

Chained Free Portions 空闲片段链

每个空闲片段保存指针和长度。
只需保存链表头指针和首片段长度。
空间开销小。

优点：

适合多种分配方法。
不需要完整磁盘分配表。

缺点：

磁盘用久后会碎片化。
分配一个块前可能要先读该空闲块以得到下一个指针。
大量分配和删除碎片文件时很慢。

Indexing 索引法

把空闲空间当成一个文件。
用索引表记录每个空闲片段。
通常按变长片段记录更高效。
能有效支持各种文件分配方法。

Free Block List 空闲块列表

每个块编号。
在磁盘保留区域维护所有空闲块编号列表。
比位表大很多，通常存磁盘上。
可把列表的一小部分放入内存：
- 栈方式：分配 pop，释放 push。
- FIFO 队列方式：从队首分配，释放到队尾。
后台线程可对内存中的空闲块号排序，以便连续分配。

Volume 卷

卷是操作系统或应用可用于数据存储的一组可寻址扇区。
最简单情况：一个磁盘就是一个卷。
一个磁盘可分多个分区，每个分区是一个卷。
多个磁盘或多个分区也可组合成一个卷。

Reliability 可靠性

潜在问题：

系统为了效率把磁盘分配表和文件分配表缓存在内存中。
若内存表已更新但磁盘表未更新时系统崩溃，可能导致空间重复分配或文件损坏。

安全分配步骤：

锁定磁盘上的磁盘分配表。
搜索空闲空间。
分配空间并更新磁盘分配表到磁盘。
更新文件分配表到磁盘。
解锁磁盘分配表。

性能问题：

每次小分配都同步写磁盘会很慢。
可用批量分配减少开销。
崩溃后需清理已标记使用但未真正归属文件的空间。

12.8 UNIX File Management：UNIX 文件管理

UNIX 文件类型

Regular / Ordinary 普通文件：
- 包含任意数据。
- 文件系统不规定内部结构，只看作字节流。
Directory 目录文件：
- 包含文件名和 inode 指针。
- 目录按层次结构组织。
- 目录本质是特殊保护的普通文件。
Special 特殊文件：
- 用文件名映射物理设备。
Named Pipes 命名管道：
- 用于进程间通信。
- 先进先出传输数据。
Links 硬链接：
- 已有文件的另一个名字。
Symbolic Links 符号链接：
- 一个数据文件，内容是被链接文件的名字。

Inode

inode 是 UNIX 管理文件的核心控制结构。
每个文件由一个 inode 控制。
多个文件名可以关联到同一个 inode。
文件名不在 inode 中，目录项负责把文件名映射到 inode。

inode 中通常包含：

文件类型和访问模式。
所有者和用户组。
创建、读取、写入、inode 更新时间。
文件大小。
数据块指针。
文件使用的物理块数量。
指向该文件的目录项数量。
文件标志。
generation number，用于检测对已删除文件的旧引用。
块大小。
扩展属性。

UNIX 文件分配

按块动态分配。
不要求文件块连续。
使用索引分配。
inode 中保存部分索引。
inode 包含直接指针和间接指针。

典型结构：

直接指针：
- 直接指向文件数据块。
- 小文件访问快。
单级间接指针：
- 指向一个保存数据块地址的块。
二级间接指针：
- 指向保存单级间接块地址的块。
三级间接指针：
- 指向保存二级间接块地址的块。

优点：

inode 固定且较小，可长期留在内存。
小文件访问几乎不需要间接寻址。
最大文件大小可非常大。

UNIX 目录

目录是包含文件名和 inode 编号的文件。
目录项 dentry 包含文件名和 i-number。
i-number 用作 inode 表索引。

UNIX 卷结构

一个 UNIX 文件系统通常包含：

Boot block：
- 启动操作系统所需代码。
Superblock：
- 文件系统属性，如分区大小、inode 表大小。
Inode table：
- 所有文件 inode 的集合。
Data blocks：
- 存放文件数据和子目录。

12.9 Linux Virtual File System：Linux 虚拟文件系统

VFS 的目的

Linux 支持多种真实文件系统。
VFS 为用户进程提供统一文件系统接口。
各真实文件系统通过映射模块接入 VFS。
用户调用如 read、write、open 时，先进入 VFS，再被转换为具体文件系统操作。

VFS 工作过程

用户进程发出文件系统调用。
VFS 处理文件系统无关部分。
VFS 调用具体文件系统的映射函数。
具体文件系统把请求转换为设备操作。
设备驱动执行底层 I/O。
结果沿相反路径返回用户。

VFS 的四类核心对象

Superblock object：
- 表示一个已挂载文件系统。
Inode object：
- 表示一个具体文件。
Dentry object：
- 表示路径中的一个目录项。
File object：
- 表示一个进程打开的文件。

Superblock Object

保存一个文件系统的信息：

挂载设备。
文件系统基本块大小。
dirty 标志。
文件系统类型。
只读等标志。
根目录指针。
打开文件列表。
访问控制信号量。
superblock 操作函数列表。

常见操作：

分配 inode。
写 inode 到磁盘。
卸载时释放 superblock。
获取文件系统统计信息。
重新挂载时更新挂载选项。

Inode Object

每个文件对应一个 inode object。
保存文件名和实际数据内容之外的文件信息。
包含所有者、组、权限、访问时间、大小、链接数等。
包含 inode operations，如创建文件、查找文件名、创建目录。

Dentry Object

表示路径中的一个组成部分。
可以是目录名或文件名。
加速路径查找。
用于 dentry cache。
包含指向 inode、superblock、父 dentry、子 dentry 的指针。

File Object

表示进程已经打开的文件。
open 系统调用时创建。
close 系统调用时销毁。
包含：
- 对应 dentry。
- 所属文件系统。
- 使用计数。
- 用户 ID。
- 用户组 ID。
- 当前文件指针。
- read、write、open、release、lock 等操作函数。

VFS 缓存

Inode cache：
- 缓存最近访问过的 inode。
Directory cache：
- 缓存目录名到 inode 编号的映射。
Buffer cache：
- 缓存物理块数据，减少重复磁盘读取。

12.10 Windows File System：Windows NTFS

NTFS 目标

面向高端工作站和服务器。
支持大型文件、可靠恢复、安全访问和网络应用。

NTFS 关键特性

Recoverability 可恢复性：
- 崩溃或磁盘故障后恢复卷到一致状态。
- 文件系统修改被视为事务。
- 事务要么完成，要么回滚。
Security 安全性：
- 使用 Windows 对象模型。
- 文件对象带有安全描述符。
Large disks and large files：
- 高效支持大磁盘和大文件。
Multiple data streams：
- 一个文件可有多个数据流。
Journaling 日志：
- 记录卷上文件变化。
Compression and encryption：
- 支持透明压缩和加密。
Hard links and symbolic links：
- 支持硬链接、符号链接和挂载点。

NTFS 存储概念

Sector 扇区：
- 磁盘最小物理存储单位，通常 512 字节。
Cluster 簇：
- 一个或多个连续扇区。
- NTFS 的基本分配单位。
Volume 卷：
- 一个逻辑分区，由一个或多个簇组成。
- 可位于单磁盘或跨多个磁盘。

Cluster 的意义

NTFS 不直接按扇区分配，而按簇分配。
簇大小越大，管理项越少，适合大磁盘。
文件的簇不必连续，因此可产生碎片。

NTFS 卷布局

NTFS 卷主要包括：

Partition boot sector：
- 卷布局、文件系统结构、启动信息和代码。
Master File Table，MFT：
- 保存该卷所有文件和文件夹的信息。
System files：
- 包括 MFT 镜像、日志文件、簇位图、属性定义表等。
File area：
- 存放普通文件数据。

MFT 主文件表

NTFS 的核心。
MFT 是由 1024 字节记录组成的表。
每行描述一个文件或文件夹。
MFT 自身也被当作文件。
小文件可完全存放在 MFT 记录中。
大文件内容溢出到其他簇，MFT 记录保存指针。

NTFS 文件属性

文件和目录由属性集合定义，包括：

Standard information：
- 访问属性、时间戳、链接计数等。
Attribute list：
- 属性列表，适用于属性无法放入单个 MFT 记录的情况。
File name：
- 文件或目录名。
Security descriptor：
- 所有者和访问控制信息。
Data：
- 文件内容，可有默认未命名数据流和命名数据流。
Index root / Index allocation：
- 用于实现文件夹。
Volume information：
- 卷版本、卷名等。
Bitmap：
- 表示 MFT 或文件夹中记录使用情况。

NTFS 可恢复性

关键组件：

I/O Manager：
- 包含 NTFS 驱动，处理 open、close、read、write。
Log File Service：
- 记录文件系统元数据修改日志。
Cache Manager：
- 缓存文件读写，提高性能。
Virtual Memory Manager：
- 将缓存文件映射到虚拟内存。

重要考点：

NTFS 恢复的是文件系统元数据，不保证用户文件内容完全恢复。
NTFS 使用日志。
修改文件系统的重要子操作要先写日志，再写磁盘结构。
崩溃后可根据日志 redo 或 undo 未完成事务。

12.11 Android File Management：Android 文件管理

Android 文件系统

Android 使用 Linux 的文件管理能力。
目录结构类似 Linux，但有 Android 特有目录。

system 目录

包含操作系统核心部分。
包括系统二进制文件、系统库、配置文件和基础应用。
系统镜像通常只读。

data 目录

应用保存私有数据的主要位置。
包含用户数据，如联系人、短信、设置、安装的应用。
恢复出厂设置会清除此分区。
安装应用时：
- .apk 放入 /data/app。
- 应用私有库放入 /data/data/<application name>。
- 建立应用相关文件和数据库。
/data/data/<application name> 是应用沙箱，其他应用不可访问。

cache 目录

用于操作系统临时存储。
保存频繁访问的数据和应用组件。
清除 cache 不影响用户个人数据。
缓存会随着使用自动重建。

mnt/sdcard 目录

表示 SD 卡或用户可读写存储空间。
用于音频、视频和用户数据。
在有内置和外置 SD 卡的设备上，/sdcard 通常指内置 SD 卡。

SQLite

Android 广泛使用 SQLite。
SQLite 是基于 SQL 的轻量级关系数据库引擎。
适合嵌入式和内存受限系统。
SQLite 不是独立数据库服务器进程。
SQLite 库直接链接进应用程序，成为应用的一部分。

12.12 Summary：本章总结

总体脉络

文件管理系统为用户和应用提供文件访问、目录维护和访问控制。
文件由记录组成，记录访问方式决定文件逻辑组织。
文件目录提供文件命名、定位、层次组织和访问控制基础。
记录与磁盘块大小通常不一致，因此需要记录阻塞策略。
磁盘空间管理包括文件分配和空闲空间管理。
现代文件系统还必须考虑并发访问、可靠性、安全性和缓存性能。

易考判断点

文件是相似记录的集合，不是字段的集合。
字段是最基本数据元素，记录是相关字段集合。
数据库强调数据关系显式，并服务于多个应用。
堆文件按到达顺序存储，不是排序存储。
顺序文件的关键字段必须唯一。
顺序文件最适合全文件批处理。
索引顺序文件增加索引和溢出文件。
一般索引文件可有多个索引，并支持变长记录。
直接文件使用对关键值的散列。
目录的访问控制信息包含所有者、访问用户和允许动作。
working directory 是当前目录。
文件共享需要处理互斥和死锁。
固定阻塞可能产生内部碎片。
连续分配必须预分配，易产生外部碎片。
链式分配无外部碎片，但随机访问差。
索引分配支持顺序和直接访问。
空闲空间管理需要磁盘分配表。
bit table 中每个块对应一位。
UNIX 普通文件是字节流。
UNIX 使用 inode 保存文件控制信息。
Linux VFS 提供统一文件接口。
NTFS 的最小物理单位是 sector，但基本分配单位是 cluster。
NTFS 核心结构是 MFT。
NTFS 日志主要恢复元数据，不保证用户数据内容。