# 5.6 文件系统层次结构

## 一、文件系统的层次结构

### 1.1 层次结构概述

文件系统通常采用层次结构，每一层实现特定的功能，向上层提供服务。

### 1.2 层次划分

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+------------------+
|   用户接口层      |  用户调用
+------------------+
|   文件系统层      |  文件操作
+------------------+
|   目录管理层      |  目录操作
+------------------+
|   文件控制块层    |  FCB管理
+------------------+
|   物理文件层      |  磁盘I/O
+------------------+
|   设备管理层      |  设备驱动
+------------------+
```

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## 二、各层功能

### 2.1 用户接口层

**功能**：
- 提供用户接口
- 接收用户命令
- 调用下层服务

**接口类型**：
- 命令接口：shell命令
- 程序接口：系统调用
- 图形接口：GUI

### 2.2 文件系统层

**功能**：
- 实现文件的基本操作
- 创建、删除、打开、关闭、读、写

**主要工作**：
- 检查参数合法性
- 调用目录管理层查找文件
- 调用物理文件层进行I/O

### 2.3 目录管理层

**功能**：
- 管理文件目录
- 实现按名存取

**主要工作**：
- 查找文件目录
- 创建、删除目录项
- 管理目录结构

### 2.4 文件控制块层

**功能**：
- 管理文件控制块（FCB）
- 管理文件属性

**主要工作**：
- 分配、回收FCB
- 读取、修改FCB
- 管理打开文件表

### 2.5 物理文件层

**功能**：
- 管理物理存储空间
- 实现磁盘I/O

**主要工作**：
- 分配、回收磁盘块
- 管理磁盘空间
- 进行磁盘读写

### 2.6 设备管理层

**功能**：
- 管理I/O设备
- 设备驱动程序

**主要工作**：
- 设备分配
- 设备驱动
- 中断处理

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## 三、文件系统的实现

### 3.1 内存中的数据结构

**系统打开文件表**：
- 整个系统一张表
- 记录所有打开的文件
- 包含FCB的副本

**进程打开文件表**：
- 每个进程一张表
- 记录进程打开的文件
- 包含文件描述符和指向系统表的指针

**安装表**：
- 记录文件系统的安装信息
- 如：根文件系统、挂载点

### 3.2 外存中的数据结构

**引导块**：
- 包含引导程序
- 用于系统启动

**超级块**：
- 记录文件系统的整体信息
- 如：块数、空闲块数、inode数

**inode区**：
- 存储所有inode
- inode包含文件的元数据

**数据区**：
- 存储文件数据
- 存储目录数据

### 3.3 文件打开过程

1. **用户调用**：open(pathname, mode)
2. **目录查找**：按路径查找文件
3. **权限检查**：检查访问权限
4. **分配FCB**：在内存中分配FCB副本
5. **返回描述符**：返回文件描述符

### 3.4 文件读写过程

1. **用户调用**：read(fd, buf, count) / write(fd, buf, count)
2. **查找FCB**：根据文件描述符找到FCB
3. **权限检查**：检查读写权限
4. **地址转换**：逻辑地址转换为物理地址
5. **磁盘I/O**：进行磁盘读写
6. **更新FCB**：更新文件指针、访问时间

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## 四、文件系统的挂载

### 4.1 什么是挂载

**挂载**：将一个文件系统连接到另一个文件系统的目录树上。

### 4.2 挂载过程

1. **检查设备**：检查文件系统是否合法
2. **读取超级块**：获取文件系统信息
3. **建立连接**：将新文件系统连接到挂载点
4. **更新安装表**：记录挂载信息

### 4.3 卸载

**卸载**：将文件系统从目录树上移除。

**条件**：
- 没有进程正在使用该文件系统
- 所有文件已关闭

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## 五、考研重点

1. **文件系统的层次结构**：各层的功能
2. **内存中的数据结构**：系统打开文件表、进程打开文件表
3. **外存中的数据结构**：引导块、超级块、inode区、数据区
4. **文件打开过程**：步骤
5. **文件读写过程**：步骤
6. **文件系统的挂载**：概念、过程

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*下一节：5.7 磁盘管理*