第二十九课：文件系统基础

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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）

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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”。

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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）

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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。

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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

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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。

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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）

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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。

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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

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FCB通常包括：

1. 文件基本信息

例如：

文件名。

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2. 文件存取权限

例如：

Linux：

rwx

表示：

read

write

execute

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3. 文件物理位置

最重要。

告诉系统：

数据：

在磁盘哪里。

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4. 文件状态

例如：

是否打开。

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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

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用户：

只需要：

打开文件。

下面：

全部：

由系统完成。

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六、文件的基本操作

用户：

对文件：

有哪些操作？

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1. 创建文件

create。

例如：

新建：

test.txt。

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2. 删除文件

delete。

释放：

空间。

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3. 打开文件

open。

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4. 关闭文件

close。

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5. 读文件

read。

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6. 写文件

write。

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这些：

是操作系统：

提供的：

系统调用。

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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。

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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

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常见：

文本文件。

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第二种：有结构文件

也叫：

记录式文件。

文件：

由：

记录组成。

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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。

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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。

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主要：

三种。

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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

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优点：

速度快。

为什么？

因为：

连续。

读取：

顺序。

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缺点：

产生：

外部碎片。

类似：

连续内存分配。

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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

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优点：

没有外部碎片。

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缺点：

随机访问慢。

为什么？

因为：

找第100块：

必须：

从头找。

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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

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优点：

支持随机访问。

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缺点：

需要额外索引空间。

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九、三种分配方式比较

方式	特点	优点	缺点
连续分配	连续存储	速度快	外部碎片
链接分配	指针连接	无外部碎片	随机访问慢
索引分配	索引表	随机访问快	需要索引块

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口诀：

连续快，链接稳，索引灵活。

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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。

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目录：

本质：

也是：

一种特殊文件。

它保存：

文件信息。

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例如：

Windows：

C盘

 ├── 用户

 │    └── 图片

 │          └── photo.jpg

 └── 软件

这个：

就是：

目录结构。

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十一、目录管理

常见：

目录结构：

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1. 单级目录

所有文件：

放一起。

例如：

文件1

文件2

文件3

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问题：

文件多：

容易冲突。

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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

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3. 树形目录（★★★★★）

现代系统：

采用。

例如：

Windows：

C:

 ├ Program Files

 ├ Users

 └ Windows

Linux：

/

├ bin

├ home

├ etc

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十二、本课重点总结

今天必须掌握：

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文件

一组具有逻辑意义的数据集合。

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FCB

文件控制块，是文件的身份证。

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文件逻辑结构

两种：

• 无结构文件
• 有结构文件

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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。

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目录

组织文件。

现代系统：

树形目录。

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第三十课：文件目录与文件共享

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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）

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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。

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也就是说：

目录里面：

保存的不是照片、视频。

而是：

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例如：

目录：

我的文件夹

里面：

可能保存：

文件名	位置
a.txt	磁盘100块
b.jpg	磁盘200块

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所以：

目录实际上：

像一本：

文件索引表。

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三、文件查找过程（★★★★★）

用户：

打开：

C:\test\a.txt

操作系统：

怎么找到？

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一步一步：

第一步：

找到根目录。

例如：

Windows：

C:

Linux：

/

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第二步：

查找：

test目录。

目录中：

寻找：

test

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第三步：

进入test。

继续查找：

a.txt

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第四步：

读取FCB。

得到：

文件物理位置。

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过程：

可以表示：

路径

↓

目录

↓

FCB

↓

磁盘位置

↓

读取文件

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四、目录结构

操作系统：

经历了：

几个发展阶段。

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1. 单级目录

所有文件：

放一个目录。

例如：

/

├ a.txt

├ b.txt

├ c.txt

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优点：

简单。

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缺点：

文件名冲突。

例如：

两个用户：

都想创建：

test.txt

怎么办？

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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

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解决：

不同用户：

文件名冲突。

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3. 树形目录（★★★★★）

现代操作系统：

采用。

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例如：

Linux：

/ 

├── home

│    ├── user1

│    │       └── a.txt

│

├── etc

└── bin

---

Windows：

类似：

C:

├── Windows

├── Program Files

└── Users

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优点：

• 层次清晰
• 查找方便
• 支持大量文件

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五、路径是什么？

路径：

就是：

文件在目录树中的位置。

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分两种：

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① 绝对路径

从根目录开始。

例如：

Linux：

/home/user/a.txt

Windows：

C:\Users\a.txt

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② 相对路径

从当前目录开始。

例如：

当前：

/home/user

访问：

a.txt

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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？

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例如：

公司：

多个员工：

需要：

访问：

同一个报告。

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方法：

不能：

复制多份。

因为：

浪费空间。

所以：

需要：

文件共享。

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七、文件共享方式

主要：

两种。

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方法一：硬链接（Hard Link）

思想：

多个目录项指向同一个文件。

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例如：

文件：

A.txt

目录：

记录：

A.txt

↓

文件FCB

现在：

创建：

B.txt。

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结果：

A.txt

↓

      文件数据

↓

B.txt

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两个名字：

指向：

同一个文件。

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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。

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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。

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九、方法二：软链接（Symbolic Link）

也叫：

符号链接。

类似：

Windows：

快捷方式。

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例如：

桌面：

有：

游戏快捷方式

但是：

游戏：

真正位置：

D:\Game\xxx.exe

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快捷方式：

只是：

保存：

目标路径。

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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。

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十、硬链接 vs 软链接（★★★★★）

	硬链接	软链接
本质	同一个文件多个名字	一个路径指向另一个文件
是否复制数据	否	否
目标删除	仍可访问	失效
是否跨文件系统	通常不能	可以
类似	别名	快捷方式

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口诀：

硬链接是同一个人多个名字，软链接是地址条。

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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

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Windows：

喜欢：

用FCB理解。

Linux：

用：

inode。

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inode：

是什么？

简单理解：

文件的身份证。

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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。

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为什么？

因为：

文件名：

属于：

目录。

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结构：

目录

文件名

↓

inode

↓

数据块

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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。

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不是：

马上：

擦除：

整个数据。

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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。

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十三、本课重点总结（★★★★★）

必须掌握：

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目录

保存文件信息的特殊文件。

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文件查找

流程：

路径

↓

目录

↓

FCB/inode

↓

数据块

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目录结构

现代：

树形目录。

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硬链接

多个名字：

指向：

同一个文件。

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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。

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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。