近些天来复习软考，看操作系统时又看到《操作系统：设计与实现》这本书，上学期看的时候由于日语二级，一直没有自己仔细研究，现在有些时间，顺便总结一下。

书上关于文件系统各个方面的介绍基本已经很完备了，然而我总感觉有点不足：不能从整体上理解文件系统。怎么从整体上理解文件系统呢？个人感觉应该象一个机器一样，能够在大脑勾画出它的大致的框架，再以一些基本的操作为例，观察一下它工作的流程。本文便由此着手，将MINIX文件系统给大家展示一下。

文件系统说白了就是外存的管理。操作系统有进程管理，内存管理，I/O管理，当然外存管理也必不可少，那么文件系统到底是个什么样子呢，请看下面这张图：

 

第一层，一个磁盘包含了几个分区（partition），每一个分区就代表一个文件系统（file system），就像我们刚买时电脑分区一样，比如我的电脑就分了四个区：C盘，D盘，E盘和G盘，那么我的电脑就包含了四个文件系统。而每个分区又包含了很多柱面（cylinder group）。关于硬盘的详细介绍请看这里。

 

第二层往下（包含第二层）这个图就是所呈现的文件系统的概述。从左至友，引导块，超块，然后是柱面，柱面里又有i结点位图，块位图，i结点数组，数据区等等。

引导块里面是电脑启动时用到的信息，下面直接抄书：

 

超块是比较重要的一个块，里面装入了文件系统的布局信息，它的主要功能是给出文件系统不同部分的大小。

为了防止本文成为国内大多数填鸭式文章（一味填充资料）的样子，这里我就不给出超块的详细图了，考虑到我们只是从整体上了解一下文件系统，并不深究其里，感兴趣的朋友可以下载《操作系统：设计与实现》这本书，上面讲的很清楚，另外，本文引用的那样e文也可略过。
i结点位图，块位图跟踪i结点和块的使用情况，比如创建文件时会看i结点位图哪位是0，创建后会把这一位置1。块位图也是如此管理存储区。然而实际上超块的内存副本里包含了指向了第一空闲的i结点位和第一个空闲区的指针，从而消除了查找时的麻烦，另外删除文件时，也要重新修改这个指针。

然后就是i结点数组和数据区，看下面这张图 
 

从哪开始看呢，不如自上而下，先从目录看起（图中directory block），在MINIX中每个目录项由文件名和i结点编号组成，看目录的各种实现见书上，i结点内包含了文件的大多数信息（访问权限，文件长度，等等）。当我们打开文件时，首先在目录内找到文件名，进而可以根据i结点号连接到相应的i结点。i结点最后三个域又可以指向数据区。再来张i结点图：

。

 

 
静态的文件系统的组成就大致如此了。再来看动态的，先来看一下文件系统工作时需要的数据结构：

我们知道进程表一共由内核，内存管理器和文件系统管理器来维护（书中第一章）。进程表里面包含了打开的文件描述字，引用计数等一些信息。每个项对应于i结点表中的一项（内存中包含了关于文件系统的三个表，如上图）。恩？中间那个file table是干什么的，为什么会出现这个呢？看下面这个。大意就是说由于子进程需要和父进程的文件偏移位同步，放在进程表和i结点内都不行，所以多搞了个表：

下面，好戏开始了：
开始动态的看看文件系统的工作过程，MINIX文件系统工作一般都是基于这么一个过程：用户调用一个系统函数，然后就创建一条消息，包含了相应的参数。这条消息然后被送到文件系统，并阻塞以等待文件系统的响应。文件系统在接收到消息后，以消息类型为索引查找过程表，并调用相应的过程处理请求。

比如打开文件的操作，文件系统从消息中提取相应的信息，比如绝对路径，然后它就根据目录进行查找（关于目录的查找，本文没有涉及，也参考书吧）。从目录中找到相应的i结点号（图2），然后得到相应的i结点，并把它载入内存的i节点表中。直到文件关闭前，它一直在内存的i结点表内。然后可以根据i结点的指针就可以得到数据了，加载到内存就行了。内存中的每个i结点还有一个计数器，当文件多次打开时，在内存中只保留一个i结点的副本，但是每次打开文件时，计数器加1，每次关闭该文件时，计数器减1。只有计数器为0时，才将它从i结点表中删除。。注意不要将这个计数器和硬盘上的i结点的计数器相混，那个i结点的引用计数为0时（没有目录指向该i结点），文件才从磁盘上删除。。

另外引用书中讲的一个read的调用来结束本文，这段e文还是很值得一读的，我就不自己敲了：