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  • 操作系统作为磁盘文件系统和用户之间的中介,必须在内核中建立自己的文件系统,为与磁盘文件系统相区别,我们把它叫做操作系统的文件管理系统,简称文件管理系统。   文件管理系统与磁盘文件系统的关系 与处理器...

    操作系统作为磁盘文件系统和用户之间的中介,必须在内核中建立自己的文件系统,为与磁盘文件系统相区别,我们把它叫做操作系统的文件管理系统,简称文件管理系统。

     

    文件管理系统与磁盘文件系统的关系

    与处理器相比,磁盘是一种工作速度极其缓慢的外部设备,操作系统很难直接利用磁盘文件系统来对文件进行操作。因此,操作系统必须根据磁盘文件系统提供的各种基本信息在内存中建立必要的缓冲数据结构,一方面为了避免频繁地访问磁盘,另一方面也用来记录文件的一些动态信息。与此同时,还要建立一些操作系统自用的文件管理用表。

    文件管理系统中的管理用表及缓冲区主要有:

    • 文件注册表。包含文件系统在磁盘分区中信息的登记表;
    • 全局打开文件表。包含每个打开文件的文件控制块(FCB)的附件以及其他信息;
    • 进程打开文件表。该表为进程所有,它包含一些指针,这些指针指向全局打开文件表中本进程当前所使用的FCB;
    • 目录缓冲区。用来保存近期访问过的目录信息;
    • 索引节点缓冲区;
    • 文件缓冲区。用来保存当前或近期访问文件的内容。

    下图以打开文件和读取文件操作表示了文件管理系统和磁盘文件系统的关系:

    当用户进程使用系统调用open()打开一个文件时,该系统调用会向磁盘驱动器发出驱动命令,在磁盘的目录文件中按用户进程给出的文件名或者文件存储路径搜索该文件的目录节点;找到后将在内存创建一个该节点的数据结构,将磁盘中的目录节点的信息复制过来,并把该文件的i节点(FCB)存放在一个叫做全局打开文件表的表中。

    之所以这么做,是为了使进程可以直接用内存中的数据结构来访问该文件,而不必再去访问慢速的磁盘了。

    从上面的叙述中可知,操作系统的文件管理系统就是磁盘文件系统与用户进程之间的中介。

     

    文件缓冲区

    为提高访问文件的效率,稍微复杂一些的操作系统都在内存中创建了缓冲区。所谓缓冲,是指系统为当前和最近读写操作过的文件内容在内存中保留一份副本,以便再次需要访问这些内容时就不必费时费力地从磁盘中读入了。当需要写磁盘时,可以先写到副本中,待系统较为空闲时再将副本写入磁盘。

    除此之外,文件缓冲区还为多线程共享同一个文件建立了基础。

     

    文件系统的层次结构

    从存储位置来看,文件系统的层次结构如下所示:

    从组织层次来看,文件系统的层次结构如下所示:

    在这种层次结构中,每层都利用底层的功能实现更高级的抽象,甚至把文件变成用户便于理解的方式。

    设备驱动层是由设备驱动程序和中断处理程序组成,它处于文件系统的最底层,负责将上层的命令翻译成设备可以理解的底层命令,以驱动硬件设备的数据读写操作。

    基本文件系统的任务主要是向驱动层发送合适的驱动命令。该层通常与文件组织模块合并成为文件组织系统。

    文件组织模块知道文件及其逻辑块和物理块,知道文件存储块的分配方式和文件的位置,所以文件组织模块负责将上层的逻辑文件操作翻译成实际的驱动命令。另外,文件组织模块还要负责进行空闲块的管理与分配工作。

    逻辑文件系统处于最高层,用来接收应用程序的命令。逻辑文件系统负责管理系统用于文件管理的所有数据结构,向文件组织模块提供组织信息(例如添加、删除目录和节点),并通过文件控制块(FCB)来维护文件结构和文件的保护安全。

     

    虚拟文件系统

    目前,面对各式各样、各具特点的文件系统,能否以同一界面来使用不同的文件系统就成了衡量通用操作系统性能的标准之一,所以现代操作系统大多都是采用虚拟文件系统(Vitual Filesystem Switch,VFS)。

    所谓虚拟文件系统,就是一个本身并没有文件的系统,但它为其他不同的实际文件系统提供了统一的操作界面,也就是说,它相当于一个“书皮”。其设计思想是:既然所有实际文件系统都是用来管理文件的,那么它们总有一些共性,特别是在文件的操作方面,誓如,它们都有文件的打开、关闭、读、写等操作。这样,就可以利用这些共性来构建一个统一的文件系统框架,并用这个框架来容纳实际文件系统,以实现不同文件系统的统一管理。

    虚拟文件系统和实际文件系统的关系示意图如下:

    简单地说,设置虚拟文件系统的目的就是:统一不同的文件系统,并不让用户与实际文件系统直接见面。

     

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  • 在虚拟文件系统的支持下,Linux可以支持迄今为止的...通常,根文件系统上主要安装了保证系统正常工作运行的操作系统代码文件以及若干语言编译程序、命令解释程序和相应的命令处理程序等文件。其他文件系统则都定义...

    在虚拟文件系统的支持下,Linux可以支持迄今为止的大多数文件系统。但是,Linux并不是在初始化时就把所有文件系统全部都装入,而只是安装一个文件系统(通常是Ext2)作为根文件系统。根文件系统在整个系统运行过程中是不能被拆卸的,是系统的基本组成部分。通常,根文件系统上主要安装了保证系统正常工作运行的操作系统代码文件以及若干语言编译程序、命令解释程序和相应的命令处理程序等文件。其他文件系统则都定义成可安装模块,以便用户需要时动态地进行安装。

    所谓安装,就是在虚拟文件系统中建立一个超级块super_block,并用被安装文件系统超级块中的相关信息填写super_block,然后用被安装文件系统的根目录代替系统现有目录结构的一个空目录,从而把子系统与原文件系统连接起来。

    为使系统在安装之前了解待安装文件子系统的基本信息(例如超级块的位置),必须向系统文件注册表提交一个数据结构进行注册。

    把一个文件系统安装到根文件系统的一个节点上的示意图如下所示:

     

    文件系统的注册

    由于不同的文件系统具有不同的特点,因此其安装过程也不尽相同。为了正确地安装一个文件系统,被安装的文件系统在安装之前必须向系统进行注册,以便使系统感知和了解待安装文件系统的类型及安装相关的信息。

    系统通过调用文件的初始化例程来填写一个叫做file_system_type的数据结构,并调用函数register_filesystem()把该数据结构加入到由系统维护的已注册文件系统的链表中。如下图所示:

    数据结构file_system_type的定义如下:

    struct file_system_type {
    	const char *name;                //文件系统的名称
    	int fs_flags;        
    	int (*get_sb) (struct file_system_type *, int,
    		       const char *, void *, struct vfsmount *);
    	void (*kill_sb) (struct super_block *);
    	struct module *owner;
    	struct file_system_type * next;            //下一个文件系统的指针
    	struct list_head fs_supers;
    
    	struct lock_class_key s_lock_key;
    	struct lock_class_key s_umount_key;
    
    	struct lock_class_key i_lock_key;
    	struct lock_class_key i_mutex_key;
    	struct lock_class_key i_mutex_dir_key;
    	struct lock_class_key i_alloc_sem_key;
    };

     

    文件系统的安装与卸载

    当系统试图安装一个子文件系统时,系统会调用函数mount()首先在文件系统注册链表中查找与用户提供名称相匹配的注册文件系统,如果找到,则在该文件系统的file_system_type中获得与文件系统对应的超级块的指针,并用超级块中的相关信息填写系统分配给该系统的VFS超级块,并把这个超级块加入到VFS超级块链表中。

    接下来就要填写一个系统分配给该文件系统的vfsmount数据结构,以保存已被安装的文件系统的基本安装信息,从而把该文件系统的根节点安装到选定的VFS索引节点上。vfsmount结构的定义如下:

    struct vfsmount {
    	struct list_head mnt_hash;
    	struct vfsmount *mnt_parent;	/* 本系统所挂接的父文件系统 */
    	struct dentry *mnt_mountpoint;	/* 挂接点的dentry结构 */
    	struct dentry *mnt_root;	/* 本系统的根目录 */
    	struct super_block *mnt_sb;	/* pointer to superblock */
    	struct list_head mnt_mounts;	/* list of children, anchored here */
    	struct list_head mnt_child;	/* and going through their mnt_child */
    	int mnt_flags;
    	/* 4 bytes hole on 64bits arches */
    	const char *mnt_devname;	/* 设备名称 e.g. /dev/dsk/hda1 */
    	struct list_head mnt_list;
    	struct list_head mnt_expire;	/* link in fs-specific expiry list */
    	struct list_head mnt_share;	/* circular list of shared mounts */
    	struct list_head mnt_slave_list;/* list of slave mounts */
    	struct list_head mnt_slave;	/* slave list entry */
    	struct vfsmount *mnt_master;	/* slave is on master->mnt_slave_list */
    	struct mnt_namespace *mnt_ns;	/* containing namespace */
    	int mnt_id;			/* mount identifier */
    	int mnt_group_id;		/* peer group identifier */
    	/*
    	 * We put mnt_count & mnt_expiry_mark at the end of struct vfsmount
    	 * to let these frequently modified fields in a separate cache line
    	 * (so that reads of mnt_flags wont ping-pong on SMP machines)
    	 */
    	atomic_t mnt_count;
    	int mnt_expiry_mark;		/* true if marked for expiry */
    	int mnt_pinned;
    	int mnt_ghosts;
    	/*
    	 * This value is not stable unless all of the mnt_writers[] spinlocks
    	 * are held, and all mnt_writer[]s on this mount have 0 as their ->count
    	 */
    	atomic_t __mnt_writers;
    };

    所有已经被安装的系统都有一个对应的vfsmount数据结构,结构中的指针mnt_mountpoint指向挂接点的目录,而指针mut_root指向被安装系统的根目录,所以结构vfsmount是子系统与父系统之间的桥梁。该数据结构一旦被填写,系统便认为该结构所对应的文件系统已经被安装。

    所以,已经被安装的系统的vfsmount数据结构,在系统中也是用一个链表来管理的。

    拆卸一个文件子系统的过程基本与安装的过程相反。系统首先验证文件子系统是否为可拆卸的:如果该文件子系统的文件正在被使用,则该系统时不可拆卸的;否则,释放该文件子系统所占用的VFS超级块和安装点,从而卸下该文件子系统。

     

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  • VMware虚拟机中安装win10操作系统

    万次阅读 多人点赞 2018-06-27 22:25:56
      本篇文章将会详细讲解如何在创建好虚拟机文件中安装操作系统,可以是Windows、Linux、Dos等各种系统,本篇文章以win10系统为例。 工具 win10系统文件(64位) 老毛桃U盘启动盘制作工具...

    引言

      本篇文章将会详细讲解如何在创建好的虚拟机文件中安装操作系统,可以是Windows、Linux、Dos等各种系统,本篇文章以win10系统为例。

    工具

    win10系统文件(64位)
    老毛桃U盘启动盘制作工具(http://www.laomaotao.org/

    制作装系统的PE环境

      打开下载好的老毛桃工具,选择ISO模式,存储文件路径、最后点击生成ISO,制作ISO镜像文件,生成的ISO镜像文件如下图所示。
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    虚拟机中安装win10系统

    1 在创建好的虚拟机文件中,点击CD/DVD,进入虚拟机设置页面,右侧选择使用ISO镜像文件,浏览处选择你前面用老毛桃工具创建的ISO文件路径。
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    2 点击高级选项,选择IDE模式,保存所有设置。
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    3 然后点击菜单栏上方绿色三角形按钮,开启虚拟机,等待进入PE环境,选择win8PE标准版,进入PE界面。
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    4 进入PE界面后,首先为你的虚拟机硬盘分区,点击桌面上的DiskGenius分区工具,进入选择快速分区,自定义几个分区,这里我们定义两个,然后确定,完成后进入我的电脑查看,此时你的虚拟机硬盘分为两个区,系统和软件区。
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    5 完成分区之后,应该是安装系统了,将你的系统文件拷贝U盘插入主机,但此时发现你的虚拟机识别不出U盘,因为你没有安装VMware Tools工具,这个虚拟机会弹窗提示你安装,点击安装即可。
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    6 安装VMware Tools后,点击我的电脑你可以看到,此时U盘已经读取出来。
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    7 点击桌面上老毛桃装机工具,选择U盘里面存放的win10系统文件,将系统文件安装在C盘,点击确定后,等待安装过程完成。
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      系统安装完成后,此时虚拟机文件就是一个以软件方式独立运行的系统,你可以在虚拟系统里实现主机上的任意操作,并且不会损害主机,如果虚拟机崩溃,也不过是关闭删除一个虚拟机文件而已,完全可以再创建N个虚拟机文件,实现多台电脑多个系统。

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  • 操作系统文件系统-文件分类

    千次阅读 2015-03-24 17:30:48
    一、文件的概念 1. 文件(file) (1) 文件是软件机构,软件资源管理方式; (2) 具有符号名一组相关元素有序序列,是一段程序或数据集合; (3) 一组赋名相关联字符流集合,或者是相关记录。...

    一、文件的概念

    1. 文件(file)

    (1) 文件是软件机构,软件资源的管理方式;

    (2) 具有符号名的一组相关元素的有序序列,是一段程序或数据的集合;

    (3) 一组赋名的相关联字符流的集合,或者是相关记录。而记录是有意义的信息集合。

    二、文件的管理功能

    1.分配与管理外部存储器,用户以文件形式存放信息,“按名存取”,文件的机内码与磁盘、光盘等外存的地址建立起相对应的表格联系。

        2.提供合适的存储方法,例如,键盘命令以及程序中使用系统调用控制,包括文件的创建(create)、打开(open)、关闭(close)、读写(read/write)、删除(delete,erase)和重命名或改名(rename)等。

        3.文件的共享与保护,解决文件命名中的冲突和存取权限的控制。

    三、文件的分类

    1. 按文件性质和用途

    (1) 系统文件:由系统软件构成的文件。只允许用户通过系统调用 或系统提供的专用命令来执行它们,不允许对其进行读写和修改。这些文件主要有操作系统核心和各种系统应用程序或实用工具程序和数据组成。例如:msdos.sys、io.sys、及UNIX系统下的核心文件 /unix。

    (2) 库文件:这类文件允许用户对其进行读取和执行,但不允许对其进行修改,主要由各种标准子程序库组成。如:C语言的 *.LIB、UNIX系统下的/lib、/usr/lib 目录下的文件。

    (3) 用户文件:这类文件是用户通过操作系统保存的用户文件,由文件的所有者或所有者授权的用户才能使用,用户将这些文件委托和操作系统保管。主要由用户的源程序、可执行目标程序、用户数据库组成。如:*.c、*.dbf、*.o等。

    2. 按操作保护分类

    (1) 只读文件(read only):只允许文件主及被核准的用户去读文件,而不允许写文件。如-r------。

    (2) 可读写文件(read/write):允许文件主及被核准的用户去读和写文件。如:-rw-------。

    (3) 可执行文件(execute):允许文件主及被核准的用户去调用执行文件而不允许读和写文件。如:-----x----。

    (4) 各个操作系统的保护方法和级别有所不同。

          DOS操作系统的文件保护有三种:系统(system ,S)、隐藏(hide,H)、可写(write,W)。

    UNIX操作系统的文件保护有九种,即分三组,分别为文件主(user)、同组(group)、其他(other)。每组均有r、w、x的权限控制。

    3. 按使用情况分类

    (1) 临时文件(temporary file):用于系统在工作过程中产生的中间文件,一般有暂存的目录,如:\temp、/tmp、/temporary file,正常情况下,工作完毕后回自动删除,异常中断时可能会残留一些临时文件。

    (2) 永久文件:指受系统管理的各种系统文件和用户文件,经过安装、编辑、编译生成的文件,存放在软盘、硬盘、光盘等外部设备上。

    (3) 档案文件:系统或一些使用工具软件包在工作过程中记录在案的文档资料文件,以便查阅历史档案。如:*.hst,*.log,*.CHK等。

    4. 按用户观点分类(UNIX或Linux操作系统)

    (1) 普通文件(常规文件):是系统中最一般组织格式的文件,用ls l命令列文件清单时,首项特征为:“-”,如:-rwx-rx--xx。普通文件包含系统文件、用户文件和库函数文件、实用程序文件等。

    (2) 目录文件:是由文件的目录信息构成的特殊文件,操作系统将目录也称为文件,便于统一管理。这类文件包含两类信息,文件名和节点码(i-node),用ls l命令列文件清单时,首项特征为“d(directory),如:drwx-rx-rx。

    (3) 特殊文件(设备驱动程序文件):在UNIX或Linux中所有的I/O设备都被看成特殊文件,通过链接方式,它与设备驱动程序紧密相连。用ls l命令列文件清单时,首项特征为“c”(char字符型)或“b”(block块型)。

    5. 按存取的物理结构分类

    (1) 顺序(连续)文件:文件中的记录,顺序地存储到连续的物理块中,顺序文件中所记录的次序,与它们存储在物理介质上存放的顺序是一致的。如:存放在磁带上的文件。

    (2) 链接文件:文件中的记录可存放在并不相邻的各个物理块中,通过物理块中的链接指针组成一个链表来管理,形成一个完整的文件,又称为直接存取文件或指针串联文件。

    (3) 索引文件:文件的记录可存储在并不相邻的各个物理块中,记录和物理块之间通过索引表项按关键字存取文件,通过物理块中的索引表的管理,形成一个完整的文件。 

    6. 按文件的逻辑存储结构分类

    (1) 有结构文件:由若干个记录所构成的文件,又称为记录式文件。根据记录的长度特点又可分为定长记录文件和可变长记录文件。如:目前常用的数据库文件大多是定长记录文件。

    (2) 无结构文件:这是直接由字符序列所构成的文件,又称为流式文件。一般来说,操作系统就是这种文件结构,可以把流式文件看成是记录文件的特例,即其中每个记录只含有一个字符。

    7. 按文件的数据形式分类

    (1) 源文件:是指源程序和数据构成的文件,一般由ASCII码、EBCD码或汉字编码组成。

    (2) 目标文件:由源程序经过相应的计算机编译程序编译,但尚未经过链接程序链接时的目标代码所形成的文件,它属于二进制文件,内部地址为相对地址。通常目标文件类型为*.OBJ(DOS)、*.o(UNIX)。

    (3) 执行文件:目标文件经过与计算机系统提供的库函数及相关的子程序链接后形成的文件。它是二进制文件,可在操作系统的支持下运行。

    8. 多媒体文件格式简介

    (1) 多媒体的主要技术手段

    (a) A/D、D/A转换技术(Digital to analog conversion

    (b) 文件压缩技术及压缩算法

    主要有MPEG(motion photographic expert group:运动图像专家组)的MPEG1、MPEG2及MPEG3

    (2) 声音文件

       WAV文件:Windows提供的声音文件格式;

       MIDI文件:MIDI-musical instrument data interface

       au文件:UNIX支持的声音文件

       mp3文件:采用MPEG3算法

    (3) 图像文件

      BMP文件:位图文件

      其它有JPG文件、IMG文件、MPEG文件。

    (4) 超文本文件

      以 .htm,*.html为扩展名的文件, HTML-hypertext markup language 超文本链接标记语言是Internet 的标准文本格式。使用HTML格式还可以在电子邮件中添加图形和指向Web网站的链接(超级链接)。

    *.PDF(portable document format:便携文档格式):是Adobe公司开发的文件格式。目前世界上不少文档说明书采用这种格式。

    (5) 其它文件


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  • 操作系统——linux系统文件目录机构

    万次阅读 2015-11-25 18:24:46
      Linux下的文件系统为树形结构,入口为/ 树形结构下的文件目录: 无论哪个版本的Linux系统,都有这些目录,这些目录应该是标准的。各个Linux发行版本会存在一些小小的差异,但总体来说,还是大体差不多。1. / ...

空空如也

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操作系统的文件系统