[操作系统] 文件系统基本概念

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原创最新推荐文章于 2026-04-21 11:38:29 发布 9.8k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

文件系统基本概念

所有的计算机应用程序都需要存储和检索信息。

因此，长期存储信息有三个基本要求：

现代计算机使用硬盘来实现长期存储，但在这个基础上，还存在一些问题

现代计算机使用新的抽象——文件来解决这个问题。

文件是进程创建的信息逻辑单元，一个磁盘一般含有几千甚至几百万个文件，每个文件是独立于其他文件的。可以把一个文件看成一种地址空间。

进程可以读取已经存在的文件，也可以创建新的文件。存储在文件中的信息必须是持久的，不会因为进程的创建和终止而受到影响。

操作系统对文件进行管理，包括构造、命名、存取、使用、保护、实现和管理等。在操作系统中处理文件的部分称为文件系统。

文件是一种抽象系统，提供了在磁盘上保留信息并且读取的方法。在用户使用时，可能不了解文件存储方法，位置，实际工作方式。用户只需要知道文件名。

在进程创建文件时，它给文件命名。在晋城终止时，该文件依旧存在，并且其他进程可以通过这个文件名进行访问。

在许多操作系统中，支持将文件用”.”符号分为两部分，”.”后的一部分被称为扩展名，其中包括了文件的一些信息。

文件结构

UNIX和Windows中都有普通文件和目录两种类型的文件，在UNIX中还有字符特殊文件和块特殊文件。

普通文件中包含有用户需要的信息。目录是管理文件系统结构的系统文件。

普通文件一般分为ASCII文件和二进制文件。

ASCII文件
由多行正文组成。在某些系统中，每行用回车符结束，其他系统则用换行符结束。文件中各行长度不一定相同。ASCII文件的最大优势是可以直接显示和打印，还可以使用任何文本编辑器进行编辑。如果很多程序都以ASCII文件作为输入输出，就很容易把一个程序的输出作为另一个程序的输入。
二进制文件
打印出来的二进制文件是无法理解的，充满混乱字符的一张表。只用使用该文件的程序才能了解二进制文件的内部结构。不同格式的二进制文件可能具有不同的结构，如图所示为两种不同的二进制文件结构(不同格式的文件具有不同的扩展名)。

除文件名和数据外，系统还会保存一些诸如创建时间、文件大小、创建者等信息，这些信息被称为属性。

文件系统通常提供目录或文件夹用于记录文件，在很多系统中目录本身也是文件，在这些系统中，目录是管理文件系统结构的系统文件。

一级目录系统

在一个目录中包含所有文件，通常被称为根目录，但因为只有这一个目录，所以名称不重要。这一设计的优点在于简单，可以快速定位文件(因为只有一层目录要查看)。
层次目录系统

当用户有太多的文件时，一级目录变的很难寻找文件。所以需要一种层级结构(即目录树)。通过这种方式，用很多目录把文件分组。

用目录树组织文件系统时，需要用指明文件名。

绝对路径名

由从根目录到文件的路径组成。例如，路径/usr/ast/mailbox表示在根目录中有子目录usr，而usr中有子目录ast，文件mailbox在目录ast中，该方式中，路径名必须从根目录开始，且一定是惟一的。如果一个地址以分隔符开始(如”/”,”\”,”>”)那么这个路径就是绝对路径。
相对路径名

常和工作目录(也称当前目录)一起使用。用户可以指令一个目录为当前目录，这时路径名可以相对工作目录开始。例如，当前工作目录为usr/ast，那么这时可以直接用mailbox来引用该文件。在这种情况下，/usr/ast/mailbox 与 mailbox是相等的。

绝对路径名的好处是，无论当前工作目录是什么，总能正常工作。相对路径的好处则是更加方便。

每个进程都有自己的工作目录，这样在进程改变工作目录并退出后，其他进程不会受到影响，文件系统中也不会有改变的痕迹。所以对于进程而言，切换工作目录是安全的。但是对于库过程，如果改变了它的工作目录，并且在工作完毕后没有改回去，那么其他程序有可能无法正常运行，因为他们关于当前目录的假设已经失效。