OS_FileManagement_Case

1、操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理文件管理案例分析文件管理案例分析 操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義2Windows文件系統(tǒng)概述文件系統(tǒng)概述v基本概念基本概念 磁盤（磁盤（Disk）：物理存儲設(shè)備）：物理存儲設(shè)備 扇區(qū)（扇區(qū)（Sector）：磁盤空間被分為扇區(qū)，扇區(qū)是指可尋址的大小固定）：磁盤空間被分為扇區(qū)，扇區(qū)是指可尋址的大小固定的塊的塊 分區(qū)（分區(qū)（Partition）：磁盤上連續(xù)扇區(qū)的集合，分區(qū)表或者其他的磁）：磁盤上連續(xù)扇區(qū)的集合，分區(qū)表或者其他的磁盤管理數(shù)據(jù)庫保存了分區(qū)的起始扇區(qū)和其他屬性盤管理數(shù)據(jù)庫保存了分區(qū)的起始扇區(qū)和其他屬性 簇（簇（Cluster）：用于

2、磁盤空間管理的基本單元，簇的大小是不固定）：用于磁盤空間管理的基本單元，簇的大小是不固定的，但都是物理扇區(qū)大小的整數(shù)倍的，但都是物理扇區(qū)大小的整數(shù)倍 卷（卷（Volume）：文件系統(tǒng)的邏輯概念。）：文件系統(tǒng)的邏輯概念。Windows文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)vWindows文件系統(tǒng)類別文件系統(tǒng)類別 CDFS與與UDF Fat12、Fat16、Fat32 NTFS文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義3Windows文件系統(tǒng)模型文件系統(tǒng)模型I/O API過濾驅(qū)動程序過濾驅(qū)動程序文件系統(tǒng)驅(qū)動程序文件系統(tǒng)驅(qū)動程序中間驅(qū)動程序中間驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序HAL物理磁

3、盤物理磁盤I/O管理器管理器NT執(zhí)行體執(zhí)行體文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義4Windows文件系統(tǒng)模型文件系統(tǒng)模型v設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序位于位于I/O管理器的最底層，直接對設(shè)備進行管理器的最底層，直接對設(shè)備進行I/O操作操作v中間驅(qū)動程序中間驅(qū)動程序與底層設(shè)備一起提供增強功能，例如當(dāng)發(fā)生與底層設(shè)備一起提供增強功能，例如當(dāng)發(fā)生I/O失敗后，失敗后，繼續(xù)發(fā)出重試請求繼續(xù)發(fā)出重試請求v文件系統(tǒng)驅(qū)動程序文件系統(tǒng)驅(qū)動程序擴展低層驅(qū)動程序的功能，以實現(xiàn)特定的文件系統(tǒng)擴展低層驅(qū)動程序的功能，以實現(xiàn)特定的文件系統(tǒng)v過濾驅(qū)動程序過濾驅(qū)動程序可以位于以上各類驅(qū)動程序之間，用于

4、提供額外支持可以位于以上各類驅(qū)動程序之間，用于提供額外支持文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義5FSD文件系統(tǒng)驅(qū)動文件系統(tǒng)驅(qū)動v主要功能主要功能本地本地FSD：包括：包括ntfs.sys，fastfat.sys，udfs.sys，cdfs.sys,raw fsd等，向等，向I/O管理器注冊，實現(xiàn)本地文件管理器注冊，實現(xiàn)本地文件系統(tǒng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程FSD：包括客戶端：包括客戶端FSD和服務(wù)器端和服務(wù)器端FSD，用以實現(xiàn)通，用以實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程文件共享過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程文件共享vFSD的主要作用的主要作用顯式文件顯式文件I/O：API函數(shù)函數(shù)FSDI/O管理器管理器設(shè)設(shè)備驅(qū)動備

5、驅(qū)動高速緩存延遲寫、提前讀：提升磁盤利用效率和系統(tǒng)性能高速緩存延遲寫、提前讀：提升磁盤利用效率和系統(tǒng)性能內(nèi)存臟頁寫和缺頁處理：保持進程運行的穩(wěn)定和正確內(nèi)存臟頁寫和缺頁處理：保持進程運行的穩(wěn)定和正確文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義6本地本地FSD模型模型應(yīng)用程序接口應(yīng)用程序接口I/O管理器管理器文件系統(tǒng)驅(qū)動程序文件系統(tǒng)驅(qū)動程序存儲設(shè)備驅(qū)動存儲設(shè)備驅(qū)動物理磁盤物理磁盤用戶態(tài)用戶態(tài)核心態(tài)核心態(tài)物理設(shè)備物理設(shè)備文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義7遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程FSD模型模型應(yīng)用程序應(yīng)用程序I/O管理器管理器遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程FSD（重定向器）（重定向器）用

6、戶態(tài)用戶態(tài)核心態(tài)核心態(tài)物理設(shè)備物理設(shè)備遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程FSD（服務(wù)器）（服務(wù)器）本地本地FSD存儲設(shè)備驅(qū)動存儲設(shè)備驅(qū)動用戶態(tài)用戶態(tài)核心態(tài)核心態(tài)客戶端客戶端服務(wù)器端服務(wù)器端文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義8Windows文件系統(tǒng)實現(xiàn)文件系統(tǒng)實現(xiàn)vCDFS與與UDF CDFS：1988年為光盤制定的文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已過時年為光盤制定的文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已過時 CDFS限制：文件名不超過限制：文件名不超過32字符，目錄樹不超過字符，目錄樹不超過8層層 UDF：1995年由年由OSTA為光磁盤存儲介質(zhì)定義為光磁盤存儲介質(zhì)定義 UDF特點：區(qū)分大小寫、長文件名、最長路徑為特點：區(qū)分

7、大小寫、長文件名、最長路徑為1023cvFat12、Fat16與與Fat32 用數(shù)字標(biāo)識磁盤上簇號的個數(shù)，三種用數(shù)字標(biāo)識磁盤上簇號的個數(shù)，三種Fat系統(tǒng)的差別在于用于標(biāo)識簇系統(tǒng)的差別在于用于標(biāo)識簇號個數(shù)的號個數(shù)的Bit數(shù)不同，從而其尋址空間也不同數(shù)不同，從而其尋址空間也不同 Fat文件系統(tǒng)尋址空間的計算方法文件系統(tǒng)尋址空間的計算方法 Fat12：5.25和和3.5軟盤的標(biāo)準(zhǔn)格式軟盤的標(biāo)準(zhǔn)格式 Fat12與與Fat16限制：不支持長文件名，根目錄最多有限制：不支持長文件名，根目錄最多有256個文件或個文件或子目錄子目錄 Fat32：支持大磁盤、支持長文件名，用根目錄區(qū)代替根目錄域：支持大磁盤、支

8、持長文件名，用根目錄區(qū)代替根目錄域文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義9NTFS文件系統(tǒng)實現(xiàn)文件系統(tǒng)實現(xiàn)vNTFS特性特性 可恢復(fù)性：通過冗余存儲和原子事務(wù)管理體現(xiàn)可恢復(fù)性可恢復(fù)性：通過冗余存儲和原子事務(wù)管理體現(xiàn)可恢復(fù)性 高安全性：從文件系統(tǒng)到文件格式與屬性設(shè)置均保證了安全性高安全性：從文件系統(tǒng)到文件格式與屬性設(shè)置均保證了安全性 數(shù)據(jù)冗余和容錯：采用分層驅(qū)動器模型支持?jǐn)?shù)據(jù)冗余存儲和容錯機制數(shù)據(jù)冗余和容錯：采用分層驅(qū)動器模型支持?jǐn)?shù)據(jù)冗余存儲和容錯機制 多數(shù)據(jù)流：基于數(shù)據(jù)流概念實現(xiàn)對高端應(yīng)用服務(wù)器的支持多數(shù)據(jù)流：基于數(shù)據(jù)流概念實現(xiàn)對高端應(yīng)用服務(wù)器的支持 Unicode標(biāo)

9、準(zhǔn)：命名遵循標(biāo)準(zhǔn)：命名遵循Unicode規(guī)范，支持長文件名，實現(xiàn)向后兼容規(guī)范，支持長文件名，實現(xiàn)向后兼容 通用索引機制：基于索引機制管理文件屬性，便于快速檢索通用索引機制：基于索引機制管理文件屬性，便于快速檢索 動態(tài)壞簇重新映射機制：容錯驅(qū)動程序保證壞簇數(shù)據(jù)不會丟失，動態(tài)壞簇重新映射機制：容錯驅(qū)動程序保證壞簇數(shù)據(jù)不會丟失，“熱修復(fù)熱修復(fù)” 日志記錄：提供控制接口，使得應(yīng)用程序可以監(jiān)控文件或目錄的變化日志記錄：提供控制接口，使得應(yīng)用程序可以監(jiān)控文件或目錄的變化 磁盤限額：支持服務(wù)器為不同用戶設(shè)定磁盤限額，控制空間使用磁盤限額：支持服務(wù)器為不同用戶設(shè)定磁盤限額，控制空間使用 軟硬鏈接：允許以硬鏈接

10、和軟鏈接的方式為文件提供多個路徑軟硬鏈接：允許以硬鏈接和軟鏈接的方式為文件提供多個路徑 加密：提供加密：提供EFS工具用來加密數(shù)據(jù)工具用來加密數(shù)據(jù) 碎片整理：提供碎片整理函數(shù)由應(yīng)用程序進行碎片整理工作。碎片整理：提供碎片整理函數(shù)由應(yīng)用程序進行碎片整理工作。文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義10NTFS文件系統(tǒng)實現(xiàn)文件系統(tǒng)實現(xiàn)v主控文件表（主控文件表（Master File Table） 包含了包含了Volume中所有文件的信息，以文件記錄數(shù)組的形式保存，開始部分為中所有文件的信息，以文件記錄數(shù)組的形式保存，開始部分為16個固個固定的元數(shù)據(jù)文件。定的元數(shù)據(jù)文件。 元

11、數(shù)據(jù)文件：元數(shù)據(jù)文件：MFT本身、鏡像、日志文件、卷文件、屬性定義表、根目錄、位圖文件、本身、鏡像、日志文件、卷文件、屬性定義表、根目錄、位圖文件、引導(dǎo)文件、壞簇文件、安全文件、大寫文件、擴展元數(shù)據(jù)目錄，保留域引導(dǎo)文件、壞簇文件、安全文件、大寫文件、擴展元數(shù)據(jù)目錄，保留域v文件引用號文件引用號 為每一個文件配置的為每一個文件配置的64位引用號，包括文件號和文件順序號位引用號，包括文件號和文件順序號 文件號對應(yīng)文件號對應(yīng)MFT中位置、順序號用于一致性檢查中位置、順序號用于一致性檢查v文件記錄文件記錄 將文件作為屬性將文件作為屬性/屬性值集合進行管理屬性值集合進行管理v索引索引 使用使用B樹實現(xiàn)對

12、文件名的索引樹實現(xiàn)對文件名的索引vLCN與與VCN LCN：用來為整個：用來為整個Volume中的所有中的所有Cluster進行編號進行編號 VCN：用來為一個文件中的：用來為一個文件中的Cluster進行編號進行編號 通過通過LCNVCN的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)從應(yīng)用程序到硬盤空間的讀寫映射的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)從應(yīng)用程序到硬盤空間的讀寫映射文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義11NTFS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型.文件屬性文件屬性文件屬性文件屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)屬性命名流命名流文件控制塊（文件控制塊（FCB）.主文件表（主文件表（MFT）進程進程控制表控制表SCB磁盤上的磁盤上的NTFS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫用于管理磁盤用于管理磁盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象管理器對象管理器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)實例剖析文件系統(tǒng)實例剖析操作系統(tǒng)課程講義操作系統(tǒng)課程講義