文件与IO管理

文件系统

文件系统的基本概念

• 文件：是对磁盘等外部存储介质上数据的逻辑抽象
• 文件系统：负责管理和存储文件的系统软件
• 目录：由文件索引项组成的特殊文件

文件系统的主要功能：

1. 文件的存储、检索和修改
2. 文件的共享和保护
3. 文件的命名和组织
4. 提供用户接口

文件管理

文件的基本操作

1. 创建文件

   • 申请目录项
   • 分配存储空间

2. 读写文件

   • 顺序访问
   • 随机访问

3. 删除文件

   • 释放目录项
   • 回收存储空间

4. 文件保护

   • 访问控制列表（ACL）
   • 用户权限管理

目录管理

目录结构

1. 单级目录：所有文件在同一目录下
2. 两级目录：区分系统文件和用户文件
3. 树形目录：现代操作系统普遍采用
4. 图形目录：允许文件共享的目录结构

磁盘调度

常见的磁盘调度算法

1. 先来先服务（FCFS）

   • 按照请求到达的顺序进行调度
   • 公平但性能不佳

2. 最短寻道时间优先（SSTF）

   • 优先处理距当前磁头最近的请求
   • 可能导致饥饿现象

3. 扫描算法（SCAN）

   • 电梯算法
   • 磁头沿一个方向移动直到没有请求

4. 循环扫描（C-SCAN）

   • 单向扫描
   • 返回时直接移动到起始位置

I/O管理

I/O管理的基本功能

1. 设备管理

   • 设备的分配与回收
   • 设备的启动与控制

2. 缓冲管理

   • 减少CPU和I/O设备速度不匹配的影响
   • 提高系统的并发度

3. 设备驱动程序

   • 实现设备的具体操作
   • 提供统一的设备接口

I/O控制方式

主要的I/O控制方式

1. 程序直接控制

   • CPU轮询检查I/O设备状态
   • 适用于简单的I/O操作

2. 中断驱动方式

   • I/O完成时通过中断通知CPU
   • 减少CPU等待时间

3. DMA方式

   • 直接内存访问
   • 数据传输不需要CPU干预

4. 通道方式

   • 专门的I/O处理器
   • 实现I/O操作的并行处理