计算机设备之间差异非常大，所以操作系统须要提供一组功能以便于应用程序控制这些设备。

操作系统的IO子系统的重要目的之中的一个是为系统其它部分提供最简单的接口。文件接口是接口之中的一个。

一、文件概念

1、文件属性

名称、标识符（文件系统内文件的唯一标签）、类型、位置（指向设备和设备上文件位置的指针）、大小、保护、时间

2、文件操作

1）创建。有两个必要步骤：第一必须在文件系统中为文件找到空间，第二在文件夹中为新文件创建一个条目

2）写

系统要为该文件维护一个写位置的指针。每当有写操作必须更新写指针。

3）读

为了读文件，使用一个系统调用，并指明文件名称称和要读入文件块的内存位置。系统为该文件维护一个读位置指针。读和写使用同一指针。

4）文件内重定位

设置当前文件位置指针（读写指针）为给定值。不须要真正的IO，又称为文件寻址。

5）删除

6）截断

以上是文件的6个基本操作。

为提高性能。绝大多数OS要求使用文件的时候，显式打开。

OS会维护一个全局的打开文件表，以满足各种文件操作须要用到的搜索、定位需求。每一个打开文件另一个文件计数器。以记录多少进程打开了该文件。

总的来说。打开文件有：

文件指针。文件打开计数器，文件磁盘位置，訪问权限

3、文件类型

实现文件类型的经常使用技术是在文件名称称内包含类型。比方採用名称 + 扩展名的方式，后者像UNIX。採用幻数（magic number）,保存在文件的開始部分，但这些都不是必须的。

真正确定文件类型，或是否要使用该文件，由应用程序开发人员决定。文件扩展名并不是由操作系统所支持。仅仅用于给操作它们的应用程序以提示。

只是，像Mac OS X。每一个文件都有类型，创建时强制其创建者为对应的应用程序。

操作系统是否支持文件类型是一件非常纠结的事情。支持的文件类型太少，会非常不方便；太多又会让操作系统过大。

4、文件结构

磁盘系统通常具有明白的块大小，而逻辑记录则长度可变。

经常使用解决的方法是先将若干逻辑记录打包，再放入物理记录。

文件可当做一系列块的组合。文件最后一块一般会有浪费，块越大。内部碎片就越大。

二、訪问方法

1、顺序訪问（磁带模型）

读操作自己主动前移文件指针，写操作在文件尾部添加内容，文件指针移到新增数据后。

当然指针也可重置到開始位置，或者向前向后跳过N个记录。

顺序訪问适用于顺序訪问设备，也适用于随机訪问设备。

2、直接訪问（磁盘模型）

文件由固定长度的逻辑记录组成，按随意顺序进行高速读和写。

操作之时，块号作为參数传入，能够迅速定位。通常，这个由用户向操作系统提供的块号是相对块号。相对于文件開始的索引。

文件系统由这个块号做一定的运算。比方哈希运算，得到绝对块号。

对支持直接訪问的文件。当然也非常easy实现顺序訪问。

3、其它訪问方式

其它訪问方式可建立在直接訪问方式之上。这些訪问通常涉及创建文件索引。索引包含各块的指针。查找文件里的记录，首先搜索索引，再依据指针直接訪问文件。

对于大文件，索引会分级。

三、文件夹结构

同一个操作系统能够存在若干个文件系统。

这好理解，像我们的电脑中。一个盘是FAT32。另一个盘可能是NTFS。

1、存储结构

卷：硬盘上的存储区域。驱动器使用一种文件系统（如 FAT 或 NTFS）格式化卷，并给它指派一个驱动器号。单击“Windows 资源管理器”或“我的电脑”中对应的图标能够查看驱动器的内容。一个硬盘包含好多卷。一卷也能够跨越很多磁盘

2、文件夹概述

文件夹可看做符号表，能将文件名称称转换成文件夹条目。

文件夹有多种操作：

搜索文件、创建文件、删除文件、遍历文件夹、重命名文件、跟踪文件系统。所谓跟踪文件是指掌握整个文件系统的细节，有哪些文件夹和文件。使用情况怎样。等等。

3、单层结构文件夹

全部文件都在同一文件夹中，济济一堂，热闹。

便于理解和支持。但多用户时，会有严格限制。

比方文件名称唯一问题。

4、双层结构文件夹

每一个用户都有自己的用户文件文件夹。每一个用户的文件文件夹结构都一样。

当用户引用特定文件时。仅仅需搜索他自己的文件夹。再也不用操心自己的文件名称与其它用户的重名了。

这样的结构，假设用户全然独立是长处，但假设之间须要合作交互就是缺点。

这样的情况下。文件路径须要带上username（感觉相似数据库里面的schema）。

文件系统中的不同分区可看成是不同的用户。

有一个特例是系统文件。系统文件作为公用，假设仅仅能在用户自己文件文件夹内搜索的话。那么每一个用户文件夹都应该有一份，太浪费。解决的方法是定义一个特殊用户文件夹。全部系统文件置于当中。当须要搜索时。先搜用户文件夹，找不到就搜这个特殊文件夹。

5、树状结构文件夹

二层结构扩展而来。同意用户创建自己的子文件夹。

6、无环图文件夹

树状结构文件夹扩展。同意共享文件夹和文件，即同一文件可分属多个不同的文件夹。

UNIX中。共享文件夹或文件处理为链接。

7.通用图文件夹

无环图文件夹有时easy出现环。比方链接中，出现了自我引用的情况。

存在环可能会导致遍历文件夹时死循环。

应避免出现环，或者出现之后要消除，比方添加垃圾回收。消除哪些没有引用或自引用的链接。或者改变遍历算法，遍历文件夹时避开链接。

四、文件系统安装

文件系统要正确使用，必须安装

五、文件共享

1、多用户

2、远程文件系统

NFS：网络文件系统

DFS：分布式文件系统

1）客户机-server模型

2）分布式信息系统

为了便于管理客户机-server服务，提供用于远程计算所需信息的统一訪问

3）故障模式

远程文件系统非常easy出现各种故障，比方掉线等。

当故障出现时，客户机系统并不将此作为本地文件系统故障那样进行处理，但会终止对故障server的全部操作，或者等候直至server再次可用。

这样的故障语义由远程文件系统协议所定义和实现。通常，终止操作代价较大，绝大多数分布式文件系统在故障出现时，选择等候。

那么故障恢复时，客户机和server之间可能须要一定的状态信息。

NFS採用了一种简单的方法实现了无状态的DFS，但它不够安全。

3、一致性语义

多用户操作情况下。怎样保持文件一致性。

1)UNIX语义

用户的写操作，能够被其它所见

同意用户共享文件指针位置，移动文件指针会影响其它用户

採用UNIX语义，一个文件与单个物理映射关联。相互排斥訪问。

2）会话语义

用户写操作不能马上被打开同一文件的其它用户所见

文件关闭后，改动仅仅能被新打开的会话所见，已经打开的用户看不到

採用这样的语义。一个文件能够对多个物理映射进行关联，并发性非常好。

3）不可改动共享文件语义

既然是共享文件，就不能改动，仅仅读。

在分布式系统中实现这样的语义最简单。

六、保护

文件的保护包含可靠性保护和防止非法訪问。可靠性通常由文件备份提供；这里说的保护是指防止非法訪问。

1、訪问类型

通过限制可进行的文件訪问类型，比方说：

读、写、运行、加入、删除、列表清单

2、訪问控制

文件对应訪问控制列表。而此列表与全部者、组、其它成员组合使用。

3、其它保护方式

文件加password。