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文件是具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。
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信息项是构成文件内容的基本单位，可以是一个字符，也可以是一个记录，记录可以等长，也可以不等长。一个文件包括文件体和文件说明。文件是一种抽象机制，它隐蔽了硬件和实现细节，提供了将信息保存在磁盘上而且便于以后读取的手段，使用户不必了解信息存储的方法、位置以及存储设备实际运作方式便可存取信息。在文件管理中的一个非常关键的问题在于文件的命名。不同的操作系统文件命名规则有所不同，即文件名字的格式和长度因系统而异。
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文件管理系统就是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合。专门负责管理和存取文件信息的软件机构，简称文件系统。文件系统的功能包括按名存取、统一的用户接口、并发访问和控制、安全性控制、优化性能和差错恢复。
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（1）按文件的性质和用途分类，可以分为系统文件、库文件和用户文件。
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（2）按信息保存期限分类，可以分为临时文件、档案文件和永久文件。
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（3）按文件的保护方式分类，可以分为只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件。
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（4）UNIX系统将文件分为普通文件、目录文件和特殊文件。
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（5）目前常用的文件系统类型有FAT、VFAT、NTFS、EXT2、HPFS等。
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文件分类的目的是对不同文件进行管理，提高系统效率和用户界面的友好性。
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文件的结构是指文件的组织形式，从用户观点所看到的文件组织形式，称为文件的逻辑结构；从实现观点考察文件在辅助存储器上的存放方式，常称为文件的物理结构。
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文件的逻辑结构可以分为两类：一类是有结构的记录式文件，它是由一个以上的记录构成的文件；另一类是无结构的流式文件，它是由一串顺序字符流构成的文件。
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（1）有结构的记录式文件。记录文件根据长度可分为定长和不定长两种。
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（2）无结构的流式文件。无结构的流式文件通常采用顺序访问方式，并且每次读写访问可以指定任意数据长度，其长度以字节为单位。
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文件的物理结构是指文件的内部组织形式，也就是文件在物理存储设备上的存放方法。常用的文件物理结构有以下3种。
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（1）连续结构。连续结构也称为顺序结构。这是一种最简单的物理结构，它把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中。只要知道文件在存储设备上的起始地址（首块号）和文件长度（总块数），就能很快地进行存取。这种结构的缺点是不便于记录的增加或删除操作。
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（2）链接结构。链接结构也叫串联结构。它是将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块中，每个物理块设有一个指针指向其下一个物理块。只要指明文件的第一个物理块号，就可以利用链指针检索整个文件。
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（3）索引结构。采用索引结构将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块中，系统为每个文件建立一张索引表。索引表记录了文件信息所在的逻辑块号对应的物理块号，并将索引表的起始地址放在文件对应的文件目录项中。
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多个物理块的索引表分为两种组织方式，即链接文件和多重索引方式。
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UNIX文件系统采用的是3级索引结构，文件系统中inode是基本的构件，它表示文件系统树形结构的节点（注：树形结构也称为树型结构或树状结构）。UNIX有直接、一级间接、二级间接、三级间接4种寻址方式。
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系统为每个文件设置一个描述性数据结构——文件控制块（File Control Block，FCB），文件目录就是文件控制块的有序集合。
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FCB是系统为管理文件而设置的一个数据结构。FCB是文件存在的标志，它记录了系统管理文件所需要的全部信息。FCB通常应包括3类信息。
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（1）基本信息类：文件名、文件的物理位置、文件长度、文件块数等。
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（3）使用信息类：文件的建立日期、最后一次修改的日期、最后一次访问的日期，当前使用的信息和目录文件。
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文件目录结构的组织方式直接影响到文件的存取速度，关系到文件共享性和安全性。常见的目录结构有3种，即一级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。目前大多数操作系统（如UNIX、DOS等）都采用多级目录结构，又称为树形目录结构。
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一级目录的整个目录组织是一个线性结构，在整个系统中只需建立一张目录表，系统为每个文件分配一个目录项（文件控制块）。一级目录结构简单，但缺点是查找速度慢，不允许重名和不便于实现文件共享等，因此它主要用在单用户环境中。
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二级目录结构是由主文件目录（Master File Directory， MFD）和用户目录（User File Directory，UFD）组成的。在主文件目录中，每个用户文件目录都占有一个目录项，其目录项中包括用户名和指向该用户目录文件的指针。用户目录由用户所有文件的目录项组成。
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二级目录的优点是提高了检索目录的速度，较好地解决了重名问题。采用二级目录结构也存在一些问题。该结构虽然能有效地将多个用户隔离开（这种隔离在各个用户之间完全无关时是一个优点），但当多个用户之间要相互合作去共同完成一个大任务时，且一用户又要去访问其他用户的文件时，这种隔离便成为一个缺点，因为这种隔离使诸用户之间不便于共享文件。
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为了解决以上问题，在多道程序设计系统中常采用多级目录结构，这种目录结构就像一棵倒置的有根树，所以也称为树形目录结构。从树根向下，每一个节点是一个目录，叶节点是文件。MS-DOS和UNIX等操作系统均采用多级目录结构。
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采用多级目录结构的文件系统中，用户要访问一个文件，必须指出文件所在的路径名。路径名包含从根目录开始到该文件的通路上所有各级目录名。各级目录名之间、目录名与文件名之间需要用分隔符隔开。例如，在DOS中分隔符为"\"，在UNIX中分隔符为"/"。绝对路径名是指从根目录开始的完整文件名，即由从根目录开始的所有目录名以及文件名构成的。
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文件的存取方法是指读写文件存储器上的一个物理块的方法。通常有顺序存取、随机存取和按键存取等。
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顺序存取就是按从前到后的次序依次访问文件的各个信息项。对于记录式文件，是按物理记录的排列顺序来存取的。
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随机存取又称为直接存取，即允许用户随意存取文件的任意一个物理记录。
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按键存取是直接存取法的一种，它不是根据记录的编号或地址来存取文件中的记录，而是根据文件中各记录的某个数据项内容来存取记录的，这种数据项称为"键"。因此，将这种存取法称为按键存取。
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外存空间管理的数据结构通常称为磁盘分配表。常用的空间管理方法有空闲区表、位示图、空闲块链和成组链接法4种。
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将外存空间上一个连续未分配区域称为空闲区。操作系统为磁盘外存上所有空闲区建立一张空闲表，每个表项对应一个空闲区，空闲表中包含序号、空闲区的第一块号、空闲块的块数等信息。它适用于连续文件结构。
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在外存上建立一张位示图，记录文件存储器的使用情况。每一位对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分别表示空闲和占用。这种方法的主要特点是位示图的大小由磁盘空间的大小（物理块总数）决定，位示图的描述能力强，适合各种物理结构。
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每个空闲物理块中有指向下一个空闲物理块的指针，所有空闲物理块构成一个链表，链表的头指针放在文件存储器的特定位置上（如管理块中）。
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在UNIX系统中，将空闲块分成若干组，每100个空闲块为一组，每组的第一个空闲块登记了下一组空闲块的物理盘块号和空闲块总数，假如一个组的第一个空闲块号等于0的话，就意味着该组是最后一组，即无下一组空闲块。
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操作系统在操作级（命令级）和编程级（系统调用和函数）向用户提供文件的服务。操作系统在操作级向用户提供的命令有目录管理类命令、文件操作类命令（如复制、删除和修改）、文件管理类命令（如设置文件权限）等。操作系统在编程级向用户提供的系统调用主要有以下6种。
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文件共享是指不同用户进程使用同一文件。文件共享有多种形式，采用文件名和文件说明分离的目录结构有利于实现文件共享。常见的文件链接有硬链接和符号链接两种。
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文件的硬链接是指两个文件目录表目指向同一个索引节点的链接，该链接也称为基于索引节点的链接。文件硬链接不利于文件主删除它拥有的文件，因为文件主要删除它拥有的共享文件，必须首先删除（关闭）所有的硬链接；否则就会造成共享该文件的用户目录表目指针悬空。
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符号链接是指建立的新的文件或目录与原来文件或目录的路径名映射。当访问一个符号链接时，系统通过该映射找到源文件的路径，并对其进行访问。符号链接的缺点是：其他用户读取符号链接的共享文件比读取硬链接的共享文件需要增加读盘操作的次数。因为其他用户去读符号链接的共享文件时，系统中根据给定的文件路径名，逐个去查找目录，通过多次读盘操作才能找到该文件的索引节点，而用硬链接的共享文件的目录文件表目中已包括了共享文件的索引节点号。
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文件系统对文件的保护常采用存取控制方式进行。存取控制就是不同的用户对文件的访问有不同的权限，以防止文件被未经文件主同意的用户访问。
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理论上，存取控制可用存取控制矩阵方法，它是一个二维矩阵，一维列出计算机的全部用户，另一维列出系统中的全部文件。存取控制矩阵在概念上是简单清楚的，但实际上却有困难。当一个系统用户数和文件数很大时，二维矩阵要占很大的存储空间，验证过程也将耗费许多系统时间。
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存取控制表是按用户对文件访问权限的差别对用户进行分类，由于某一文件往往只与少数几个用户有关，所以这种分类方法可使存取控制表大为简化。UNIX系统就是使用这种存取控制表方法。它把用户分成三类，包括文件主、同组用户和其他用户，每类用户的存取权限为可读、可写、可执行及其组合。
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用户权限表是以用户或用户组为单位将用户可存取的文件集中起来存入表中，表中每个表目表示该用户对相应文件的存取权限，这相当于存取控制矩阵一行的简化。
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在创建文件时，由用户提供一个密码，在文件存入磁盘时用该密码对文件内容加密。进行读取操作时，要对文件进行解密，只有知道密码的用户才能读取文件。
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系统的安全涉及两类问题：一类涉及技术、管理、法律、道德和政治等问题；另一类涉及操作系统的安全机制。
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一般从4个级别上对文件进行安全性管理，即系统级、用户级、目录级和文件级。
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（1）系统级安全管理的主要任务是不允许未经授权的用户进入系统，从而也防止了他人非法使用系统中的各类资源（包括文件）。系统级管理的主要措施有注册与登录。
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（2）用户级安全管理是对通过分类的所有用户和对指定的用户分配访问权。不同的用户通过对不同文件设置不同的存取权限来实现安全管理。有的系统将用户分为超级用户、系统操作员和一般用户。
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（3）目录级安全管理是为了保护系统中各种目录而设计的，与用户权限无关。为保证目录的安全，规定只有系统核心才具有写目录的权利。
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（4）文件级安全管理是通过系统管理员或文件主对文件属性的设置来控制用户对文件的访问。通常可设置的属性有只执行、隐含、只读、读写、共享、系统。
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文件系统的可靠性是指系统抵抗和预防各种物理破坏和人为破坏的能力。如果文件系统被破坏了，在很多情况下是无法恢复的。
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文件系统中无论是硬件还是软件都会发生损坏和错误，为了使文件系统万无一失，应当采用相应的措施。最简单和常用的措施是通过转储操作，制作文件或文件系统的多个副本。这样一旦系统出现故障，利用转储的数据可使系统恢复成为可能。常用的转储方法有静态转储和动态转储、海量转储和增量转储。
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在计算机系统工作的过程中，操作系统把用户对文件的插入、删除和修改的操作写入日志文件。一旦发生故障，操作系统的恢复子系统就利用日志文件来进行系统故障恢复，并可协助后备副本进行介质故障恢复。
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影响文件系统可靠性因素之一是文件系统的一致性问题。很多文件系统是先读取磁盘块到主存，在主存进行修改，修改完毕再写回磁盘。但如果读取某磁盘块，修改后再将信息写回磁盘前系统崩溃，则文件系统就可能会出现不一致性状态。如果这些未被写回的磁盘块是索引节点块、目录块或空闲块，那么后果是不堪设想的。通常解决方案是采用文件系统的一致性检查，包括块的一致性检查和文件的一致性检查。
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