本文內(nèi)容
1 文件控制塊
??計算機中目錄像樹狀結(jié)構(gòu)，一個目錄下既可以有目錄文件也可以有普通文件。這種目錄結(jié)構(gòu)使文件之間組織結(jié)構(gòu)清晰，易于查找。假設(shè)磁盤D的根目錄文件如下圖所示
??文件目錄表表示該文件下文件記錄，上圖中的一個表記錄表示一個文件，目錄文件本身也是一種有結(jié)構(gòu)文件，每條記錄記錄了該文件在外存中地址，當(dāng)我們雙擊打開一個目錄文件時，操作系統(tǒng)會根據(jù)文件名查詢目錄表找到要查詢的文件在外存中的位置，然后把該文件的目錄信息讀入內(nèi)存，于是該文件目錄中的內(nèi)容就顯示出來。如下圖表示打開“照片”目錄
??FCB的有序集合稱為“文件目錄”，一個FCB就是一個文件目錄項。
??FCB中包含了文件的基本信息（文件名、物理地址、邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)等），存取控制信息（是否可讀/可寫、禁止訪問的用戶名單等），使用信息（如文件建立時間、修改時間）。
??FCB中最重要、最基本的信息還是文件名、文件存放的物理地址。
??FCB實現(xiàn)了文件名和文件之間的映射。使用戶（用戶程序）可以實現(xiàn)“按名存取”。
??下面時一些對目錄的操作
搜索：當(dāng)用戶要使用一個文件時，系統(tǒng)要根據(jù)文件名搜索目錄，找到該文件對應(yīng)的目錄項。
創(chuàng)建文件：創(chuàng)建一個新的文件時，需要在器所屬的目錄中增加一個目錄項。
刪除文件：當(dāng)刪除一個文件時，需要在目錄中刪除相應(yīng)的目錄項。
顯示目錄：用戶可以請求去顯示目錄中的內(nèi)容，如顯示該目錄中所有文件及相應(yīng)的屬性。
修改目錄：某些文件屬性保存在目錄中，因此這些屬性變化時需要修改相應(yīng)的目錄項（如文件重命名）。
2 目錄結(jié)構(gòu)
??前面說到有序的文件控制塊集合組成了目錄，目錄結(jié)構(gòu)在發(fā)展過程中出現(xiàn)了一下幾種目錄結(jié)構(gòu)：單級目錄結(jié)構(gòu)、兩級目錄結(jié)構(gòu)、多級目錄結(jié)構(gòu)、無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)。
?? 2.1 單級目錄結(jié)構(gòu)
??早期操作系統(tǒng)并不支持多級目錄，整個系統(tǒng)只建立一張目錄表，每個文件占一個目錄項。
??單級目錄實現(xiàn)了“按名存取”，但是不允許文件重名。
??在創(chuàng)建一個文件時，需要先檢查目錄表中有沒有重名文件，確定不重名后才能允許建立文件，并將新文件對應(yīng)的目錄項插入目錄表中。顯然，單級目錄結(jié)構(gòu)不適用多用戶操作系統(tǒng)。
?? 2.2 兩級目錄結(jié)構(gòu)
??在早期多用戶操作系統(tǒng)，采用兩級目錄結(jié)構(gòu)。分為主文件目錄（MFD，Master File Director）和用戶文件目錄（UFD，User File Directory）。
??如上圖所示，主文件目錄中存放的是用戶名及相應(yīng)用戶文件目錄存放的位置。用戶文件目錄由該用戶的文件FCB組成。
??兩級目錄結(jié)構(gòu)允許不同用戶的文件名重名，也可以在目錄上實現(xiàn)訪問限制（檢查此時登錄的用戶名是否匹配）。但是兩級目錄依然缺乏靈活性，用戶不能像現(xiàn)在操作系統(tǒng)一樣可以對自己的文件進行分類。
?? 2.3 多級目錄結(jié)構(gòu)（樹狀目錄結(jié)構(gòu)）
??由于兩級目錄缺乏靈活性，用戶不可以對自己的文件進行分類，所以出現(xiàn)了多級目錄結(jié)構(gòu)。
??用戶（用戶進程）要訪問某個文件時要用文件路徑名標(biāo)識文件，文件路徑名是一個字符串。各級目錄之間用"/"隔開。從根目錄出發(fā)的路徑程絕對路徑。
??例"/照片/2015-08/自拍.jpg"就是一個絕對路徑。系統(tǒng)根據(jù)絕對路徑一層一層地找到下一級目錄。剛開始從外存讀入根目錄的目錄表；找到“照片”存放位置后，從外存讀入對應(yīng)的目錄表；在找到“2015-08”目錄的存放位置，再從外存讀入對應(yīng)目錄表；最后才找到文件“自拍.jpg”的存放位置。整個過程需要3次磁盤I/O操作。
??很多時候，用戶會連續(xù)訪問用一個目錄內(nèi)的多個文件（如接連查看2015-08目錄的多個粘片文件夾），顯然每次都從根目錄開始查找，是很低效的。因此可以設(shè)置一個“當(dāng)前目錄”。
??例如，此時打開了“照片”的目錄文件，也就是說，這張目錄表已調(diào)入內(nèi)存，那么可以把它設(shè)置為“當(dāng)前目錄”。當(dāng)用戶想要訪問某個文件時，可以使用從當(dāng)前目錄出發(fā)的相對路徑。這樣可以磁盤減少I/O次數(shù)，從而提高了訪問文件效率。例如，此時打開了“照片”的目錄文件，也就是說這張目錄表已調(diào)入內(nèi)存，那么可以把它設(shè)置為“當(dāng)前目錄”。當(dāng)用戶想要訪問“自拍.jpg”時，可以使用從當(dāng)前目錄出發(fā)的相對路徑“./2015-08/自拍.jpg”。
??優(yōu)缺點：樹狀目錄結(jié)構(gòu)可以很方便地對文件進行分類，層次結(jié)構(gòu)清晰，也能夠更有效地進行文件的管理和保護。但是，樹狀結(jié)構(gòu)不便于實現(xiàn)文件共享。為此，提出了無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)。
?? 2.4 無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)
??無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)是在樹狀目錄結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加一些指向同一節(jié)點的有向邊，使整個目錄形成一個有向無環(huán)圖?？梢愿奖愕膶崿F(xiàn)多個用戶間文件共享。
??可以用不同的文件名指向同一個文件，甚至可以指向同一個目錄（共享同一個目錄下的所有內(nèi)容）。需要為每個共享節(jié)點設(shè)置一個共享計數(shù)器，用于記錄此時有多少個地方在共享該節(jié)點。
??用戶提出刪除節(jié)點請求時，只是刪除該用戶的FCB、并使共享計數(shù)器減1，并不會直接刪除共享節(jié)點。只有共享計數(shù)器減為0時，才刪除節(jié)點。下圖表示User1用戶刪除了共享文件
注：共享文件不同于復(fù)制文件。在共享文件中，由于用戶指向同一個文件，因此只要一個用戶修改了文件數(shù)據(jù)，那么所有用戶都可以看到文件數(shù)據(jù)的變化。
3 索引節(jié)點（FCB的改進）
??操作在查找各級目錄的過程中，只需要用到“文件名”這個信息，而文件存儲權(quán)限、修改時間、文件大小等信息暫時用不到，只有在文件名匹配時才需要讀出文件的其他信息。因此可以考慮讓目錄表進行“瘦身”來提升效率。
??使用索引節(jié)點后的目錄表如下
??這樣做的好處可以大大提升文件檢索速度。
假設(shè)一個FCB是64B，磁盤塊大小為1KB，則每個磁盤塊只能存放16個FCB。若一個文件目錄中共有640個目錄項，則共需要占用640/16=40個磁盤塊。因此按照文件名檢索該目錄，平均需要查詢320個目錄項，平均需要啟動磁盤20次（每次磁盤I/O讀入一塊）。
若使用索引節(jié)點機制，文件名占14B，指針占2B，則每個磁盤塊可以存放64個目錄項，那么按文件名檢索目錄平均只需320/64=5個磁盤塊，即平均需要5次磁盤I/O。顯然，大大提升了文件檢索的速度。
??當(dāng)找到文件名對應(yīng)的目錄項時，才需要將索引節(jié)點調(diào)入內(nèi)存，索引節(jié)點中記錄了文件的各種信息，包括文件在外存中存放位置，根據(jù)“存放位置”即可找到文件。
??存放在外存中的索引節(jié)點稱為“磁盤索引節(jié)點”，當(dāng)索引節(jié)點放入內(nèi)存后稱為“內(nèi)存索引節(jié)點”。相比之下，內(nèi)存索引節(jié)點中需要增加一些信息，如文件是否被修改，此時有幾個進程正在訪問該文件等。
4 小結(jié)
