第29-30讲：计算机操作系统文件管理——文件系统、目录结构与文件共享

第二十九课：文件系统基础

一、为什么需要文件系统？

先思考一个问题：

计算机里的数据：

最终：

存在哪里？

答案：

磁盘（Disk）

例如：

你保存：

照片.jpg

实际上：

硬盘：

只认识：

010101010101

它不知道：

什么叫：

“照片”。

所以需要：

一个管理者。

负责：

- 给数据命名 - 组织数据 - 查找数据 - 保存数据 - 删除数据

这个管理者：

就是：

文件系统（File System）

二、什么是文件？

教材定义：

文件是具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的集合。

简单理解：

文件：

就是：

操作系统给数据集合：

起的名字。

例如：

硬盘：

实际：

可能：

存：

101010101 110010101 001010101

操作系统：

组织：

成为：

photo.jpg music.mp3 game.exe

三、文件包含什么？

一个文件：

不仅仅：

包含：

数据。

还包含：

很多属性。

例如：

一个文件：

test.txt

系统还需要知道：

文件名： test.txt 大小： 10KB 创建时间： 2026-01-01 权限： 可读可写 位置： 磁盘哪里

这些信息：

叫：

文件控制块 FCB（File Control Block）

四、文件控制块 FCB（★★★★★）

FCB：

是操作系统管理文件的重要数据结构。

可以理解为：

文件的身份证。

人的身份证：

包含：

姓名 年龄 身份证号

文件身份证：

包含：

文件名 文件大小 权限 存储位置

FCB通常包括：

1. 文件基本信息

例如：

文件名。

2. 文件存取权限

例如：

Linux：

rwx

表示：

read

write

execute

3. 文件物理位置

最重要。

告诉系统：

数据：

在磁盘哪里。

4. 文件状态

例如：

是否打开。

五、文件系统层次结构

操作系统：

不会：

直接：

操作磁盘。

中间：

有很多层。

大概：

如下：

用户程序 ↓ 文件系统接口 ↓ 目录管理 ↓ 文件组织 ↓ 磁盘管理 ↓ 硬件磁盘

用户：

只需要：

打开文件。

下面：

全部：

由系统完成。

六、文件的基本操作

用户：

对文件：

有哪些操作？

1. 创建文件

create。

例如：

新建：

test.txt。

2. 删除文件

delete。

释放：

空间。

3. 打开文件

open。

4. 关闭文件

close。

5. 读文件

read。

6. 写文件

write。

这些：

是操作系统：

提供的：

系统调用。

七、文件的逻辑结构

文件：

从用户角度：

怎么看？

叫：

逻辑结构。

主要：

两种。

第一种：无结构文件

也叫：

流式文件。

特点：

没有明显结构。

就是：

一串字符。

例如：

hello world abcdef 123456

常见：

文本文件。

第二种：有结构文件

也叫：

记录式文件。

文件：

由：

记录组成。

例如：

学生信息：

学号 姓名 成绩 001 张三 90 002 李四 85

每一行：

就是：

一个记录。

八、文件物理结构

重点来了。

逻辑：

是：

用户看到的。

物理：

是：

磁盘怎么存。

主要：

三种。

1. 连续分配

思想：

文件占用连续磁盘块。

例如：

文件：

占：

磁盘：

10~15块。

10 11 12 13 14 15

优点：

速度快。

为什么？

因为：

连续。

读取：

顺序。

缺点：

产生：

外部碎片。

类似：

连续内存分配。

2. 链接分配

思想：

文件块可以分散，但是用指针连接。

例如：

块5 ↓ 块20 ↓ 块8 ↓ 块30

优点：

没有外部碎片。

缺点：

随机访问慢。

为什么？

因为：

找第100块：

必须：

从头找。

3. 索引分配（★★★★★）

思想：

建立：

一个索引块。

记录：

所有数据块地址。

例如：

索引：

文件A 索引块 ↓ 5 ↓ 20 ↓ 8 ↓ 30

优点：

支持随机访问。

缺点：

需要额外索引空间。

九、三种分配方式比较

口诀：

连续快，链接稳，索引灵活。

十、目录是什么？

文件很多。

怎么办？

不能：

全部堆一起。

所以：

需要：

目录。

目录：

本质：

也是：

一种特殊文件。

它保存：

文件信息。

例如：

Windows：

C盘 ├── 用户 │ └── 图片 │ └── photo.jpg └── 软件

这个：

就是：

目录结构。

十一、目录管理

常见：

目录结构：

1. 单级目录

所有文件：

放一起。

例如：

文件1 文件2 文件3

问题：

文件多：

容易冲突。

2. 两级目录

每个用户：

一个目录。

例如：

用户A ├ 文件1 用户B ├ 文件2

3. 树形目录（★★★★★）

现代系统：

采用。

例如：

Windows：

C: ├ Program Files ├ Users └ Windows

Linux：

/ ├ bin ├ home ├ etc

十二、本课重点总结

今天必须掌握：

文件

一组具有逻辑意义的数据集合。

FCB

文件控制块，是文件的身份证。

文件逻辑结构

两种：

• 无结构文件
• 有结构文件

文件物理分配

三种：

连续

快，但碎片。

链接

灵活，但随机访问慢。

索引

支持随机访问。

目录

组织文件。

现代系统：

树形目录。

第三十课：文件目录与文件共享

一、为什么需要目录？

假设：

你的硬盘：

有：

100万个文件

如果：

所有文件：

直接放在一起：

a.txt b.jpg game.exe music.mp3 ...

会发生什么？

问题：

- 文件名字容易重复 - 查找困难 - 管理混乱

所以：

操作系统：

引入：

目录（Directory）

二、目录是什么？

很多人以为：

目录就是：

文件夹。

这个理解：

没错。

但是从操作系统角度：

更准确：

目录是一种特殊的文件，它保存文件的相关信息。

也就是说：

目录里面：

保存的不是照片、视频。

而是：

例如：

目录：

我的文件夹

里面：

可能保存：

所以：

目录实际上：

像一本：

文件索引表。

三、文件查找过程（★★★★★）

用户：

打开：

C:\test\a.txt

操作系统：

怎么找到？

一步一步：

第一步：

找到根目录。

例如：

Windows：

C:

Linux：

/

第二步：

查找：

test目录。

目录中：

寻找：

test

第三步：

进入test。

继续查找：

a.txt

第四步：

读取FCB。

得到：

文件物理位置。

过程：

可以表示：

路径 ↓ 目录 ↓ FCB ↓ 磁盘位置 ↓ 读取文件

四、目录结构

操作系统：

经历了：

几个发展阶段。

1. 单级目录

所有文件：

放一个目录。

例如：

/ ├ a.txt ├ b.txt ├ c.txt

优点：

简单。

缺点：

文件名冲突。

例如：

两个用户：

都想创建：

test.txt

怎么办？

2. 两级目录

为每个用户：

建立目录。

例如：

系统 ├ 用户A │ └ test.txt │ └ 用户B └ test.txt

解决：

不同用户：

文件名冲突。

3. 树形目录（★★★★★）

现代操作系统：

采用。

例如：

Linux：

/ ├── home │ ├── user1 │ │ └── a.txt │ ├── etc └── bin

Windows：

类似：

C: ├── Windows ├── Program Files └── Users

优点：

• 层次清晰
• 查找方便
• 支持大量文件

五、路径是什么？

路径：

就是：

文件在目录树中的位置。

分两种：

① 绝对路径

从根目录开始。

例如：

Linux：

/home/user/a.txt

Windows：

C:\Users\a.txt

② 相对路径

从当前目录开始。

例如：

当前：

/home/user

访问：

a.txt

六、文件共享

问题：

来了。

如果：

两个用户：

都需要：

同一个文件。

怎么办？

例如：

公司：

多个员工：

需要：

访问：

同一个报告。

方法：

不能：

复制多份。

因为：

浪费空间。

所以：

需要：

文件共享。

七、文件共享方式

主要：

两种。

方法一：硬链接（Hard Link）

思想：

多个目录项指向同一个文件。

例如：

文件：

A.txt

目录：

记录：

A.txt ↓ 文件FCB

现在：

创建：

B.txt。

结果：

A.txt ↓ 文件数据 ↓ B.txt

两个名字：

指向：

同一个文件。

特点：

删除：

A.txt。

B.txt：

仍然存在。

为什么？

因为：

文件本身：

没有删除。

只是：

删除一个名字。

八、硬链接的核心：引用计数

系统：

会记录：

有多少个目录项：

指向文件。

例如：

开始：

引用数=1

创建：

B.txt：

变成：

引用数=2

删除：

A.txt：

变成：

引用数=1

只有：

引用数=0。

文件数据：

才真正删除。

九、方法二：软链接（Symbolic Link）

也叫：

符号链接。

类似：

Windows：

快捷方式。

例如：

桌面：

有：

游戏快捷方式

但是：

游戏：

真正位置：

D:\Game\xxx.exe

快捷方式：

只是：

保存：

目标路径。

结构：

快捷方式 ↓ 目标文件

特点：

如果：

目标文件删除。

软链接：

失效。

十、硬链接 vs 软链接（★★★★★）

口诀：

硬链接是同一个人多个名字，软链接是地址条。

十一、inode（Linux重点）

现在：

进入Linux文件系统。

Linux：

有一个非常重要概念：

inode

Windows：

喜欢：

用FCB理解。

Linux：

用：

inode。

inode：

是什么？

简单理解：

文件的身份证。

inode保存：

例如：

文件大小 权限 时间 数据块位置 引用数量

注意：

inode：

不保存：

文件名。

为什么？

因为：

文件名：

属于：

目录。

结构：

目录 文件名 ↓ inode ↓ 数据块

十二、Linux为什么删除文件快？

因为：

删除文件：

实际上：

删除：

目录中的名字。

然后：

inode引用数减1。

不是：

马上：

擦除：

整个数据。

所以：

Linux删除大文件：

为什么：

很快？

因为：

不用马上清空几十GB数据。

十三、本课重点总结（★★★★★）

必须掌握：

目录

保存文件信息的特殊文件。

文件查找

流程：

路径 ↓ 目录 ↓ FCB/inode ↓ 数据块

目录结构

现代：

树形目录。

硬链接

多个名字：

指向：

同一个文件。

软链接

类似：

快捷方式。

保存：

目标路径。

inode

Linux文件核心结构：

保存：

文件属性和位置。

不保存：

文件名。

十四、口诀

目录：

目录存名字，inode存信息。

链接：

硬链接同文件，软链接像快捷。