操作系统课件_FileManagement_Case

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操作系统课程讲义
文件系统实例剖析
NTFS文件系统实现
NTFS特性
可恢复性：通过冗余存储和原子事务管理体现可恢复性 高安全性：从文件系统到文件格式与属性设置均保证了安全性 数据冗余和容错：采用分层驱动器模型支持数据冗余存储和容错机制 多数据流：基于数据流概念实现对高端应用服务器的支持 Unicode标准：命名遵循Unicode规范，支持长文件名，实现向后兼容 通用索引机制：基于索引机制管理文件属性，便于快速检索 动态坏簇重新映射机制：容错驱动程序保证坏簇数据不会丢失，“热修复” 日志记录：提供控制接口，使得应用程序可以监控文件或目录的变化 磁盘限额：支持服务器为不同用户设定磁盘限额，控制空间使用 软硬链接：允许以硬链接和软链接的方式为文件提供多个路径 加密：提供EFS工具用来加密数据 碎片整理：提供碎片整理函数由应用程序进行碎片整理工作。
FSD的主要作用
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操作系统课程讲义
文件系统实例剖析
本地FSD模型
应用程序接口
用户态
I/O管理器
文件系统驱动程序
核心态
存储设备驱动
物理磁盘
物理设备
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操作系统课程讲义
文件系统实例剖析
远程FSD模型
客户端
应用程序 用户态 核心态 I/O管理器 本地FSD 物理设备 存储设备驱动
服务器端
用户态 核心态 远程FSD（服务器）
远程FSD（重定向器）
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操作系统课程讲义
文件系统实例剖析
Windows文件系统实现
CDFS与UDF
CDFS：1988年为光盘制定的文件系统标准，现已过时 CDFS限制：文件名不超过32字符，目录树不超过8层 UDF：1995年由OSTA为光磁盘存储介质定义 UDF特点：区分大小写、长文件名、最长路径为1023c
中间驱动程序
与底层设备一起提供增强功能，例如当发生I/O失败后， 继续发出重试请求
文件系统驱动程序
扩展低层驱动程序的功源自文库，以实现特定的文件系统
过滤驱动程序
可以位于以上各类驱动程序之间，用于提供额外支持
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操作系统课程讲义
文件系统实例剖析
FSD——文件系统驱动
主要功能
本地FSD：包括ntfs.sys，fastfat.sys，udfs.sys， cdfs.sys,raw fsd等，向I/O管理器注册，实现本地文件 系统 远程FSD：包括客户端FSD和服务器端FSD，用以实现通 过网络的远程文件共享 显式文件I/O：API函数——FSD——I/O管理器——设 备驱动 高速缓存延迟写、提前读：提升磁盘利用效率和系统性能 内存脏页写和缺页处理：保持进程运行的稳定和正确
NTFS数据结构模型
进程
控制表
.......
对象管理器 数据结构
文件属性
文件属性
SCB
用于管理磁盘 的数据结构
数据属性
命名流
文件控制块（FCB） 磁盘上的 NTFS数据库 ....... 主文件表（MFT）
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操作系统课程讲义
文件系统设计原理
本章小结
文件系统的组成 目录与文件
磁盘空间管理 文件系统实现 命名、格式、存放位置 安全性与可靠性
文件系统性能
磁盘空间读写性能 文件系统安全性能 高端应用功能
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全文结束
Thanks for your time! Questions & Answers
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Windows文件系统类别
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文件系统实例剖析
Windows文件系统模型
I/O API 过滤驱动程序 文件系统驱动程序 中间驱动程序 设备驱动程序 HAL 物理磁盘
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I/O 管 理 器
NT 执 行 体
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文件系统实例剖析
Windows文件系统模型
设备驱动程序
位于I/O管理器的最底层，直接对设备进行I/O操作
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操作系统课程讲义
文件系统实例剖析
NTFS文件系统实现
主控文件表（Master File Table）
包含了Volume中所有文件的信息，以文件记录数组的形式保存，开始部分为16个固 定的元数据文件。 元数据文件：MFT本身、镜像、日志文件、卷文件、属性定义表、根目录、位图文件、 引导文件、坏簇文件、安全文件、大写文件、扩展元数据目录，保留域 为每一个文件配置的64位引用号，包括文件号和文件顺序号 文件号对应MFT中位置、顺序号用于一致性检查 将文件作为属性/属性值集合进行管理
Fat12、Fat16与Fat32
用数字标识磁盘上簇号的个数，三种Fat系统的差别在于用于标识簇 号个数的Bit数不同，从而其寻址空间也不同 Fat文件系统寻址空间的计算方法 Fat12：5.25’’和3.5’’软盘的标准格式 Fat12与Fat16限制：不支持长文件名，根目录最多有256个文件或 子目录 Fat32：支持大磁盘、支持长文件名，用根目录区代替根目录域
操作系统课程讲义
《操作系统原理》 文件管理案例分析
主讲教师：史广顺
gsshi@expervision.com.cn gsshi@imi.nankai.edu.cn
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文件系统实例剖析
Windows文件系统概述
基本概念
磁盘（Disk）：物理存储设备 扇区（Sector）：磁盘空间被分为扇区，扇区是指可寻址的大小固 定的块 分区（Partition）：磁盘上连续扇区的集合，分区表或者其他的磁 盘管理数据库保存了分区的起始扇区和其他属性 簇（Cluster）：用于磁盘空间管理的基本单元，簇的大小是不固定 的，但都是物理扇区大小的整数倍 卷（Volume）：文件系统的逻辑概念。Windows文件系统的基础 CDFS与UDF Fat12、Fat16、Fat32 NTFS
文件引用号 文件记录 索引
LCN与VCN
使用B＋树实现对文件名的索引
LCN：用来为整个Volume中的所有Cluster进行编号 VCN：用来为一个文件中的Cluster进行编号 通过LCN－VCN的转换实现从应用程序到硬盘空间的读写映射
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文件系统实例剖析