課堂筆記學習視頻來自 操作系統
說明：其他”課堂問答筆記“也在”操作系統“專欄
【6、6-1、6-2】
本節課要理解文件系統中的一些重要概念，視頻中涉及到讀寫文件的細節描述，僅做了解。
1、理解數據項、記錄和文件的三級概念
答：數據項：在文件系統中，數據項是最低級的數據組織形式，可把它分成以下兩種類型：1) 基本數據項，如：學號、姓名。2) 組合數據項，如：出生日期（由年月日三個基本數據項構成）。
記錄：一組相關數據項的集合，用於描述一個對象在某方面的屬性。一個記錄應包含哪些數據項，取決於需要描述對象的哪個方面。如學生包含許多信息，如：學號、姓名、出生日期、電話號碼、……。如果文件記錄的是學生成績，那麼需要記錄學號、姓名、成績等這些數據項，而出生日期、電話號碼等這些數據項不必記錄。
文件：指由創建者所定義的、具有文件名的一組相關元素的集合，可分爲有結構文件（由若干記錄構成的文件，如：Excel文件、數據庫文件）和無結構文件（數據不是按這樣組織的：文件由若干記錄構成，記錄有若干數據項構成，可把文件直接看成由若干字符構成，如：文本文件、word文件）兩種。
2、有哪些文件類型？
答：（1）根據文件的性質和用途的不同，可將文件分爲三類：
1) 系統文件，這是指由系統軟件（如操作系統、數據庫系統）構成的文件。大多數的系統文件只允許用戶調用，但不允許用戶去讀，更不允許修改；有的系統文件不直接對用戶開放。
2) 用戶文件，指由用戶的源代碼、目標文件、可執行文件或數據等所構成的文件。用戶將這些文件委託給系統保管。
3) 庫文件，這是由標準子例程及常用的例程等所構成的文件。這類文件允許用戶調用，但不允許修改。
（2）按文件中數據的形式分類，也可把文件分爲三類：
1) 源文件，這是指由源程序和數據構成的文件。通常，由終端或輸入設備輸入的源程序和數據所形成的文件都屬於源文件。它通常是由ASCII碼或漢字所組成的。
2) 目標文件，這是指把源程序經過編譯程序編譯過，但尚未經過鏈接程序鏈接的目標代碼所構成的文件。目標文件所使用的後綴名是“.obj”。
3) 可執行文件，這是指把編譯後所產生的目標代碼經過鏈接程序鏈接後所形成的文件。其後綴名是 .exe。
（3）根據系統管理員或用戶所規定的存取控制屬性，又可將文件分爲三類：
1) 只執行文件，該類文件只允許被覈准的用戶調用執行，不允許讀和寫。
2) 只讀文件，該類文件只允許文件主及被覈准的用戶去讀，不允許寫。
3) 讀寫文件，這是指允許文件主和被覈准的用戶去讀或寫的文件。
文件主一般指的是創建該文件的用戶；覈准的用戶，是指除文件主之外的合法用戶
（4）根據文件的組織形式和系統對其處理方式的不同，同樣可將文件分爲三類：
1) 普通文件，是由ASCII碼或二進制碼組成的字符文件，一般用戶建立的源程序文件、數據文件以及操作系統自身代碼文件、實用程序等都是普通文件。
2) 目錄文件，是由文件目錄組成的文件（即該文件中的數據內容就是目錄或索引），通過目錄文件可以對其下屬文件的信息進行檢索，對可執行文件進行操作，與普通文件一樣。
3) 特殊文件，特指系統中的各類I/O設備。爲了便於統一管理，系統將所有的I/O設備都視爲文件，並按文件方式提供給用戶使用，如目錄的檢索、權限的驗證等都與普通文件相似，只是對這些文件的操作將由設備驅動程序來完成。
3、理解文件系統的層次結構
答：這兩個圖都可以描述文件系統的層次結構（右邊圖隱藏了中間層的具體細節）。
（1）對象及其屬性，文件管理系統管理的對象如下：
1) 文件；2) 目錄；3) 磁盤(磁帶)存儲空間。
（2）對對象操縱和管理的軟件集合
該層是文件管理系統的核心部分。文件系統的功能大多是在這一層實現的，其中包括有：
① 對文件存儲空間的管理；② 對文件目錄的管理；③ 用於將文件的邏輯地址轉換爲物理地址的機制；④ 對文件讀和寫的管理；⑤ 對文件的共享與保護等功能。
在實現這些功能時，OS通常都採取了層次組織結構（也就是視頻中給出的內部4層結構），即在每一層中都包含了一定的功能，處於某個層次的軟件，只能調用同層或更低層次中的功能模塊。
（3）文件系統的接口
爲方便用戶的使用，文件系統以接口的形式提供了一組對文件和記錄操作的方法和手段。通常是下面3種類型的接口：
1) 命令接口，是指作爲用戶與文件系統直接交互的接口，用戶可通過鍵盤終端鍵入命令取得文件系統的服務。如：Windows操作系統的命令提示符。
2) 程序接口，是指作爲用戶程序與文件系統的接口，用戶程序可通過系統調用取得文件系統的服務，例如：用於創建文件的系統調用Creat，用於打開一個文件的系統調用Open等。通常以函數調用的方式實現。
3) GUI，這個不用多說了吧。GUI本質上也是使用命令，只不過通過窗口（及窗口元素，如按鈕）+鼠標，把命令轉化爲更方便的圖形界面操作。
4、有哪些文件操作？
答：（1）最基本的文件操作包含下述內容：
1) 創建文件；2) 刪除文件；3) 讀文件；4) 寫文件；5) 設置文件的讀/寫位置。
（2）文件的“打開”和“關閉”操作：當用戶要求對一個文件實施多次讀/寫或其它操作時，每次都要從檢索目錄開始。爲了避免多次重複地檢索目錄，在大多數OS中都引入了“打開”(open)這一文件系統調用，當用戶第一次請求對某文件進行操作時，須先利用open系統調用將該文件打開。
（3）其它文件操作：
1) 有關對文件屬性的操作，即允許用戶直接設置和獲得文件的屬性，如改變已存文件的文件名、改變文件的擁有者(文件主)、改變對文件的訪問權，以及查詢文件的狀態(包括文件類型、大小和擁有者以及對文件的訪問權等)；
2) 有關目錄的操作，如創建一個目錄，刪除一個目錄，改變當前目錄和工作目錄等；
3) 用於實現文件共享的系統調用，以及用於對文件系統進行操作的系統調用等。
5、理解文件系統的邏輯結構和物理結構
答：文件的結構是指文件的組織形式，從用戶角度所看到的文件組織形式，稱爲文件的邏輯結構。文件的邏輯組織是爲了方便用戶使用。一般文件的邏輯結構可以分爲兩種：無結構的字符流文件和有結構的記錄文件（第1個問題已提到）。記錄文件有順序文件、索引順序文件、索引文件和直接文件等幾種；
文件的物理結構是指文件在存儲設備（這裏的存儲設備是外存，如：磁盤、軟盤、光盤、U盤等）上的存放方法。文件的物理結構側重於提高存儲器的利用效率和降低存取時間。文件的存儲設備通常劃分爲大小相同的物理塊，物理塊是分配和傳輸信息的基本單位。文件的物理結構涉及文件存儲設備的組塊策略和文件分配策略，決定文件信息在存儲設備上的存儲位置。常用的文件分配策略有：1）順序分配，即連續分配；2）鏈接分配，即串聯分配；3）索引分配。
在計算機中，總是涉及邏輯和物理的概念，一般來說，邏輯是假的，是方便用戶操作和使用的（包括編寫用戶程序）；而物理是真實的，是面向硬件的。因爲用戶最終使用的是硬件上的資源，所以總是存在邏輯到物理的映射（或轉換），OS課程中大量的邏輯和物理的應用及其轉換，在數據結構課程中講到邏輯結構和物理結構也是這個意思。