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操作系统的文件管理(操作系统的文件系统管理主要负责)
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《操作系统是什么》一节讲过，操作系统是一款计算机系统软件，它具备很多功能，比如前面讲过的进程管理、CPU 资源管理。本节，我们将带领您了解操作系统的文件管理功能，包括什么是文件、文件类型、文件的存储方式等等。
文件和文件系统软件在执行过程中，很可能需要读取或者存储一些必要的数据。从操作系统的角度分析，想要实现成功地读、写数据，需要解决一些问题，比如：
每个进程只能利用自己的逻辑地址空间存储数据，且存储的数据量不能超过逻辑地址空间的大小；进程消亡后，其使用的逻辑地址空间也会随时消失。这意味着，进程存储在逻辑地址空间中的数据无法长久保存；在多道操作系统中，允许多个进程同时运行。由于每个进程只能将数据存储在自己的逻辑地址空间中，因此很难实现进程间的数据共享。基于以上 3 个问题，数据的存取需要满足 3 个条件：
能够存储大量的数据；支持长期甚至永久地保存数据；多个进程可以访问同一份数据；针对以上问题，操作系统的解决方案是：将每份数据以文件的形式存储在外存（硬盘、U盘等）中。
简单的理解，文件就是一些相关数据的集合体。计算机中可以存储很多种数据，包括图像数据、文本数据、多媒体（音频、视频）数据等，这些数据都各自以文件的形式存储在外存中，从而产生图像文件、文本文件、多媒体文件（音频文件、视频文件）等。
为了有效管理外存中的这些文件，操作系统新增了文件管理功能，专门负责管理文件，包括文件的存储、文件的读取等等。文件管理功能是操作系统的众多功能之一，我们习惯将这部分功能称为文件系统。
文件类型根据不同的划分标准，文件系统中的文件可以划分为不同的类型，表 1 给您罗列了一些不同划分标准对应的文件类型。
表 1 文件类型文件类型分类按用途分类分为系统文件、库文件和用户文件。按保存期限分类分为临时文件和永久文件。按文件的保护方式分类分为只读文件、读写文件和可执行文件。按数据流向分类分为输入文件、输出文件和输入/输出文件。按文件中保存的数据分类分为源文件、目标文件和可执行文件。文件存储方式当用户或者软件存储某个文件时，文件系统负责分配足够的外存空间。常见的外存空间分配方式有 3 种，分别为连续分配、链接分配和索引分配。
1) 连续分配所谓连续分配，文件系统会为每个文件分配连续的外存空间，系统只需要记录各个文件所在外存的首地址，即可轻松管理所有文件。
和其它分配方式相比，连续分配是最容易实现的一种存储文件的方式，以此方式存储的文件，顺序访问（后续会讲）的效率较高。连续分配方式的缺点也可明显，即每个文件都需要占用整块的存储空间，因此外存中一些零散的、容量小的存储空间将无法得到有效利用（成为碎片），降低了外存空间的利用率。
2) 链接分配链接分配方式会将整个文件分成很多块，这些块分散存储在外存的各个区域。
为了保持文件的完整性，文件系统会为每个文件块配备一个指针，每个文件块的指针都指向下一个文件块所在的存储位置。由此，文件系统只需维护第一个文件块的指针，即可轻松找到存储的每个文件。
链接分配其实就是以链表的结构存储文件，因此文件的内容可以分散存储在外存的各个区域。
和连续分配方式相比，链接分配方式明显提高了外存空间的利用率，但顺序访问文件的效率不如前者。
3) 索引分配和链接分配方式一样，索引分配方式也会将文件分散存储在外存不同的区域。不同之处在于，该方式会将每个文件块的存储位置记录在一张表中（又称索引表），而不是采用链表的方式。
也就是说，文件系统会为每个文件建立一张索引表，每张索引表会占用一块连续的存储空间，表中顺序记录着各个文件块的实际存储位置。文件系统只需要维护每个文件的索引表，即可管理系统中的所有文件。
索引分配方式将连续分配和链接分配的优点融于一身，既保证了外存的利用率，顺序访问文件的效率也很高。该分配方式的缺点是：当文件数量较多时，文件的索引表数量会很多，它们会占用一定的存储空间。
文件访问方式常见的访问文件的方式有 3 种，分别称为顺序访问、随机访问和索引顺序访问。
1) 顺序访问顺序访问指的是从文件的开头依次读取文件内容，直至读取完毕。顺序访问是大多数文件系统都会使用的文件访问方式。
为了实现对文件内容的读取，每个文件都维护有一个指针，其初始状态下指向文件中第一个数据所在的位置。当用户或者软件想读取文件时，指针会将其指向的数据提供给用户或软件，同时指向下一个数据，如此循环，直至读取完整个文件。
如今，很多文件系统都同时提供有顺序访问、随机访问和索引访问这 3 种文件访问方式，但由于多种文件（例如文本文件、音频文件、视频文件等）都需要以顺序访问的方式读取数据，因此顺序访问仍是最常用的文件访问方式。
2) 随机访问随机访问又称直接访问，即直接读取文件中指定位置处的目标数据。
随机访问方式常用于数据库应用程序中，因为在此类程序中，用户常常需要略过某些数据（记录），直接查看目标数据（记录）。这种情况下，虽然使用顺序访问方式也能实现目的，但效率会大打折扣。
随机访问方式的实现，需要文件系统协助完成必要的任务，例如找到目标数据所在的存储位置。
3) 索引顺序访问索引顺序访问方式适用于以索引分配方式存储的文件。
索引顺序访问方式指的是通过文件系统维护的各个文件的索引表，既可以顺序访问文件，还可以随机访问文件。在某些大型数据库中，借助索引访问方式，可以方便、快捷地找到目标数据。
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