檔案系統接口

計算機設備之間差異很大，所以作業系統需要提供一組功能以便於應用程式控制這些設備。作業系統的IO子系統的重要目的之一是為系統其它部分提供最簡單的接口。檔案接口是接口之一。

基本介紹

• 中文名：檔案系統接口
• 外文名：file system interface
• 接口：命令、程式和GUI接口
• 檔案名稱稱：名稱和擴展名
• 訪問方法：直接訪問和順序訪問
• 領域：計算機作業系統等

檔案系統的接口介紹包含了檔案的基本概念介紹、檔案的訪問方法、檔案的目錄結構、檔案系統的功能和接口。

檔案概述

檔案定義

計算機可以在各種存儲介質上，如磁碟、磁帶、光碟等上存儲信息，來方便使用，這樣作業系統提供了一種一致的存儲信息的邏輯視圖。OS可以從存儲設備的物理特性抽象定義邏輯存儲單元：檔案。檔案被作業系統映射到物理設備上。這些存儲設備通常是可以是長久保存的。

檔案是一個存儲在第二存儲設備上相關信息的命名集合。從一個用戶的觀點來看，檔案是邏輯存儲設備的最小分配單元，不使用檔案，數據將無法寫入第二存儲設備。通常，數據是一個bit、byte、lines或者記錄的序列。

檔案屬性

檔案有一定的屬性，這根據系統的不同而有所不同，但是通常都包括如下屬性：
名稱：檔案符號名稱是唯一的、按照人們容易讀取的形式保存。
標識符：標識檔案系統內檔案的唯一標籤。
類型：被支持不同類型的檔案系統所使用。
大小：檔案當前大小。
保護：決定誰能讀、寫、執行等的訪問控制信息。
時間、日期和用戶標識：檔案創建、上次修改和上次訪問的時間。

檔案操作

檔案屬於抽象數據類型。為了合適的定義檔案，需要考慮檔案的操作。

創建檔案：創建檔案有兩個步驟。第一，必須在檔案系統中為檔案找到空間。第二，在目錄中為檔案創建一個條目。
寫檔案：為了寫檔案，執行一個系統調用，其指明檔案名稱稱和要寫入檔案的內容。

讀檔案：為了讀檔案，使用一個系統調用，並指明檔案名稱稱和要讀入檔案塊的記憶體位置。

在檔案內重定位：搜尋目錄相應條目，設定當前檔案位置指針為給定值。

刪除檔案：為了刪除檔案，在目錄中搜尋給定名稱的檔案。找到相關條目後，釋放所有的檔案空間並刪除相應的條目。

截短檔案：用戶可能只要刪除檔案內容而保留其屬性，而不是強制刪除檔案再創建。該操作不改變檔案屬性，而是將其長度設為0並釋放空間。

檔案類型

設計檔案系統時，總是要考慮作業系統是否應該識別和支持檔案類型。
實現檔案類型的常用技術是在檔案名稱稱內包含類型。這樣，用戶和作業系統僅僅通過檔案名稱稱就能確定檔案類型是什麼。
名稱可分為兩部分：名稱和擴展名。

檔案系統

檔案系統模型

檔案系統接口
對對象操縱和管理的軟體集合	邏輯檔案系統
	基本I/O管理程式（檔案組織模組）
	基本檔案系統（物理I/O層）
	I/O控制層（設備驅動程式）
對象及其屬性說明

如上圖，該模型分為三個層次，最底層是被操作對象及其相關屬性；最上層是系統提高給用戶的接口；中間是檔案系統功能實現的核心軟體層，它是實現操作的軟體集合。

訪問方法

檔案用來存儲信息。當使用時，必須訪問和將這些信息讀入到計算機記憶體。檔案信息可按多種方式來進行訪問。有的系統只提供了一種檔案訪問方式，有的系統則支持多種訪問方式。

順序訪問：最簡單的訪問方式。檔案信息按順序，一個記錄接著一個記錄地加以處理。也是最為常用的使用方式。編輯器和編譯器通常按這種方式訪問檔案。大量的檔案操作是讀和寫。讀操作讀取下一檔案部分，並自動前移檔案指針，以跟蹤I/O位置。類似地，寫操作會向檔案尾增加內容，相應的檔案指針移到新增數據之後。

直接訪問：另一方式是直接訪問（或相對訪問）。檔案由固定長度的邏輯記錄組成，以允許程式按任意順序進行快速讀和寫。直接訪問方式是基於檔案的磁碟模型，因為磁碟允許對任意檔案塊進行隨機讀和寫。直接訪問檔案可立即訪問大量信息，所以非常有用。資料庫通常採用這種類型的檔案。

目錄結構

一個存儲設備可以整個用於一個檔案系統，或者進行精細劃分。例如，一個磁碟可以分區為多個分區，每個分區保存一個檔案系統。分區可以限定單個檔案系統的大小，將多個檔案系統類型放到一個設備中，或者將一個設備的一部分用作其它用途。包含檔案系統的一個實體通常成為一個卷。每個卷可以看成是一個虛擬磁碟。每個包含一個檔案系統的卷通常也包含系統中的檔案信息。這個信息保存在設備目錄中。

目錄包含了卷中所有檔案的信息，如檔案名稱、位置、大小、類型等。在一個計算機系統中，可以有多個存儲設備，每個存儲設備都可以劃分成為卷。這樣，計算機可以有0個或多個檔案系統，每個檔案系統都可以是不同的類型。計算機中的檔案系統可以是可擴展的。目錄也可以看成是將檔案名稱映射成為目錄入口的符號表。這樣，我們可以看到可以用多種方式組織目錄。這些組織方式允許我們插入、刪除、查找、列出檔案等操作。

檔案系統的功能

1）檔案存儲空間的管理；
2）對檔案目錄的管理；
3）地址映射；
4）檔案的讀、寫管理；
5）檔案的共享與保護；
在這些功能的實現中，通常又進一步劃分成幾個層次。其中有的層次用於處理物理檔案系統；有的層次用於處理邏輯檔案系統。

檔案系統的接口

檔案系統的接口包括以下三個接口。

1）命令接口：用戶可以從終端鍵入命令實現操作；
2）程式接口：用戶程式可通過系統調用實現操作；
3）GUI接口：用戶可在圖形視窗點擊滑鼠實現操作。