【操作系统】文件系统的层次结构、全局结构、虚拟文件系统&文件系统挂载

1. 文件系统的层次结构

假设某用户请求删除文件“D:/工作目录/学生信息.xIsx"的最后100条记录。

1. 用户需要通过操作系统提供的接口发出上述请求——用户接口。
2. 由于用户提供的是文件的存放路径，因此需要操作系统一层一层地查找目录，找到对应的目录项——文件目录系统。
3. 不同的用户对文件有不同的操作权限，因此为了保证安全，需要检查用户是否有访问权限——存取控制模块(存取控制验证层)
4. 验证了用户的访问权限之后，需要把用户提供的“记录号”转变为对应的逻辑地址——逻辑文件系统与文件信息缓冲区。
5. 知道了目标记录对应的逻辑地址后，还需要转换成实际的物理地址——物理文件系统。
6. 要删除这条记录，必定要对磁盘设备发出请求——设备管理程序模块。
7. 删除这些记录后，会有一些盘块空闲，因此要将这些空闲盘块回收——辅助分配模块。

2. 文件系统的全局结构（布局）

原始的磁盘： 物理格式化后的磁盘： 物理格式化，即低级格式化——划分扇区，检测坏扇区，并用备用扇区替换坏扇区。

逻辑格式化后：

逻辑格式化后，磁盘分区(分卷Volume)，完成各分区的文件系统初始化。

注:逻辑格式化后，灰色部分就有实际数据了，白色部分还没有数据

文件系统在内存中的结构：

注:近期访问过的目录文件会缓存在内存中，不用每次都从磁盘读入，这样可以加快目录检索速度。

open系统调用打开文件的背后过程：

3. 虚拟文件系统

1. 普通文件系统

2. 虚拟文件系统

虚拟文件系统的特点:

1. 向上层用户进程提供统一标准的系统调用接口，屏蔽底层具体文件系统的实现差异。
2. VFS要求下层的文件系统必须实现某些规定的函数功能，如: open/read/write。一个新的文件系统想要在某操作系统上被使用，就必须满足该操作系统VFS的要求。

思考:不同的文件系统，表示文件数据结构各不相同。打开文件后，其在内存中的表示就不同。如何解决？

3. 每打开一个文件，VFS就在主存中新建一个vnode，用统一的数据结构表示文件，无论该文件存储在哪个文件系统。

注意: vnode只存在于主存中，而inode既会被调入主存，也会在外存中存储。

打开文件后，创建vnode，并将文件信息复制到vnode中，vnode的功能指针指向具体文件系统的函数功能。

3. 文件系统挂载（mounting）

文件系统挂载(mounting)，即文件系统安装/装载。

文件系统挂载要做的事：

1. 在VFS中注册挂载的文件系统。内存中的挂载表（mount table）包含每个文件系统的相关信息，包括文件系统类型、容量大小等。
2. 新挂载的文件系统，要向VFS提供一个函数地址列表。
3. 将新文件系统挂载到挂载点（mount point），也就是将新文件系统挂载到某个父目录下。