操作系统——第四章（文件共享、保护、层级结构、系统布局..）
一、文件共享
1.知识概览
2.文件共享与文件复制的区别
多个用户共享同一个文件，意味着系统中只有“一份”文件数据。并且只要某个用户修
改了该文件的数据，其他用户也可以看到文件数据的变化。
如果是多个用户都“复制”了同一个文件，那么系统中会有“好几份”文件数据。其中一个用
户修改了自己的那份文件数据，对其他用户的文件数据并没有影响。
3.硬链接——基于索引节点的共享
（1）知识回顾——什么是索引节点？
索引结点，是一种文件目录瘦身策略。由于检索文件时只需用到文件名，因此可以将除
了文件名之外的其他信息放到索引结点中。这样目录项就只需要包含文件名、索引结点指针。
理解——让不同文件的目录项指向同一个索引节点。不同目录起的文件名可以不同。
索引结点中设置一个链接计数变量cout,用于表示链接到本索引结点上的用户目录项数。
若cout=2,说明此时有两个用户目录项链接到该索引结点上，或者说是有两个用户在共享此文件。
若某个用户决定“删除”该文件，则只是要把用户目录中与该文件对应的目录项删除，且索引结点的
count值减1。
若cout>0,说明还有别的用户要使用该文件，暂时不能把文件数据删除，否则会导致指针悬空。
当count=0时系统负责删除文件。
4.软链接——基于符号链的共享
我们可以用Windows系统中的软件快捷方式来理解软链接：
假设你电脑里安装了画图软件，原始文件是： C:\Program Files\Paint\paint.exe
你在桌面上创建了一个快捷方式： 桌面\画图.lnk
这个快捷方式就像软链接：
- 表面形态相同：双击
画图.lnk和直接打开paint.exe效果完全一样 - 实质是路径指引：快捷方式文件里只存储了目标路径信息： $$路径 = "C:\Program Files\Paint\paint.exe"$$
- 轻量级存在：快捷方式本身只有几KB大小，不复制原文件内容
- 动态关联：
- 若原文件被删除 → 快捷方式失效（出现红叉）
- 若原文件被移动 → 快捷方式需要重新定位路径
- 跨区能力：就像快捷方式可以指向不同硬盘的文件，软链接也能跨磁盘/分区创建
这个机制实现了"一个实体，多处访问"的效果，就像在多个抽屉里放同一本书的书签，既节省空间，又能保持内容同步更新。
5.知识图谱
二、文件保护
1.知识概览
2.口令保护
口令一般存放在文件对应的FCB或索引结点中。用户访问文件前需要先输入“口令”，操作系统会将用户提供的口令与FCB中存储的口令进行对比，如果正确，则允许该用户访问文件。【例子：为文件设置一个“口令”（如：abc112233),用户请求访问该文件时必须提供“口令”。】
优点：保存口令的空间开销不多，验证口令的时间开销也很小。
缺点：正确的“口令”存放在系统内部，不够安全。
3.加密保护
使用某个“密码”对文件进行加密，在访问文件时需要提供正确的“密码”才能对文件进行正确的解密。
优y优点：保密性强，不需要在系统中存储“密码”。
缺点：编码/译码，或者说加密/解密要花费一定时间。
4.访问控制
在每个文件的FCB(或索引结点)中增加一个访问控制列表(Access-Control List,ACL),该表中记
录了各个用户可以对该文件执行哪些操作。
精简的访问列表：以“组”为单位，标记各“组”用户可以对文件执行哪些操作。
如：分为系统管理员、文件主、文件主的伙伴、其他用户几个分组。
当某用户想要访问文件时，系统会检查该用户所属的分组是否有相应的访问权限。
【注：系统需要管理分组的信息】
5.知识图谱
三、文件系统的层次结构
用一个例子来辅助记忆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.xsx”的最后100条记录。
- 用户需要通过操作系统提供的接口发出上述请求一一用户接口
- 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
文件目录系统 - 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一一存取控制模块（存取控制验证层）
- 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一一逻辑文件系统与文件信息缓冲区
- 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一一物理文件系统
- 要删除这条记录，必定要对磁盘设备发出请求一一设备管理程序模块
- 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一一辅助分配模块
四、文件系统布局
1.文件系统的全局结构
（1）物理格式化
物理格式化，即低级格式化一一划分扇区，检测坏扇区，并用备用扇区替换坏扇区
（2）逻辑格式化
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。】
2.文件系统在内存中的结构
（1）目录的缓存
（2）系统打开文件表
（3）用户打开文件表
Open系统调用 打开文件的背后过程：
五、虚拟文件系统与文件系统挂载
1.普通文件系统与虚拟文件系统的比较
特点：②VFS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。
存在的问题：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。
③每（灯开一个文仲、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：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】
2.文件系统挂载 （插U盘）
文件系统挂载(mounting)，即文件系统安装/装载-一如何将一个区件系冤挂载到操作系统中？
文件挂载需要进行的步骤：
①在往册挂载这件系统内存中的挂载(mount table)包含每个文作系统的相关瓦，包括文件
系统类型、容量大小等。
②新挂载的女件系纷要向VFS提供一个函数地址列表。
③将新文件系统加到挂载点(mount point),也就是将新文件系统挂载在某个父目录下。
挂载点：Windows系统：继C、D盘之后用26个字母表示的盘，如F、H盘等。
Mac系统：Volumes下的子目录为挂载点。
下一讲——第五章，敬请期待(*￣︶￣)