操作系统 文件系统

第 十四 讲清华大学软件学院

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6.4 文件系统实例 考察以下四个文件系统实例： MS-DOS文件系统；

Windows 98文件系统；Windows 2000文件系统；

Linux文件系统。2

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6.4.1 MS-DOS文件系统

1. 文件系统的布局引导记录 FAT1 FAT2 数据 根目录 (文件和目录)

MS-DOS磁盘分区的结构 在引导记录的扇区中，记录了文件系统的一些重要 参数，包括：块(簇，cluster)的大小、个数，根 目录项数目，FAT表大小，等等。3

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2. 文件的实现文件控制块FCB保存在文件所对应的目录项中， 目录项的结构为：

每个目录项大小为32字节，包括：文件名(8+3个 字符，不区分大小写)、属性(只读文件、存档 文件、隐藏文件、系统文件)、创建日期和时间、 起始物理块编号、文件长度：

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文件的物理结构采用的是：带有文件分配表FAT 的链表结构。

FAT

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FAT的实现与块的大小在MS-DOS中，FAT文件系统有三种版本：FAT12、FAT-16和FAT-32,这取决于用多少位来表示 一个物理块编号，并决定了FAT表项的宽度。 FAT-32实际上仅使用了28位；FAT表项的个数就等于物理块的个数，即磁盘分 区的大小除以每个块的大小。块的大小可以被设 置为512的倍数，如1KB、 2KB、 4KB等； FAT表的大小=FAT表项的个数×表项宽度； FAT表所能表示的磁盘分区的最大容量： FAT表项的最大个数×块的大小。6

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块大小最大表项数

FAT-12

FAT-16

FAT-32

2122MB 4MB

216

228

0.5KB 1KB

2KB4KB 8KB 16KB 32KB

8MB16MB

128MB256MB 512MB 1024MB 2048MB 1TB 2TB 2TB 2TB7

不同块大小时，FAT所能表示的最大分区容量

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3. 目录的实现目录的逻辑结构采用多级目录结构(树状目录结 构),根目录项的个数不能超过某个固定的最大 值，其他的目录以文件的形式存放，对子目录和 文件的个数无限制； 目录项的内容：目录项=文件名+FCB;

长文件名问题：无；目录的搜索方法：线性搜索，对目录当中的每一 个目录项，依次地与某个文件名进行比较，直到 找到相应的目录项。8

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4. 打开文件与空闲空间管理打开文件管理：系统文件表(SFT, System File Table)和任务文件表(JFT, Job File Table)。 SFT包含系统的所有打开文件； JFT包含该任务(进程)的所有打开文件。 其表项内容是指向SFT表项的索引； SFT的表项数目可由 config.sys文件中的 FILES = 语句来指定，默认是8。 空闲空间管理：使用FAT表来管理空闲空间，若 某个物理块未分配，则相应的FAT表项被标上一 个特殊的值(如0),当系统需要分配一个物理 块时，到FAT表中去搜索此种类型的表项。9

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6.4.2 Windows98文件系统在Windows98文件系统中，采用了 FAT-32和长文件名技术，并保持了与

早期的文件系统

的兼容，即在Windows98中创建的文件，能够在早期的系统

中使用。

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1. 目录项的结构

在Windows98中使用的是扩展的MS-DOS目录项，利 用了原来保留的10个字节，从而增加了5个新的字段， 即 NT 字段：文件名显示时与Windows NT兼容；Sec 和 Creation time 字段：文件的创建时间；Last access: 最近访问日期；起始块编号变成32位，分开存放。11

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2. 长文件名的实现为保证长文件名的向后兼容，对于每一个文件， 设置两个名字，一个是所需的长文件名，用 Unicode编码；另一个是标准的8+3文件名。这 两个名字均可用来访问该文件；系统自动地将一个长文件名转换为相应的8+3文 件名，转换规则是：保留该文件名的前6个字符 (不包括空格),并把它们转换为大写字符，然 后再加上一个带有编号的后缀，如~1、~2等。 8+3文件名存放在目录项中，而长文件名被存放 在一个或多个额外的目录项中，每个目录项存放 13个字符，并按照反方向位于文件目录项之前；12

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保存长文件名的目录项结构

Checksum

通过属性字段 Attributes 来判断一个目录项是一个普 通的文件目录项，还是专门用于存放长文件名； Sequence字段：记录了一个长文件名的目录项编号， 最后一个目录项(位于最开始)的编号被加上0x40 以示区别； Checksum:验证长文件名与文件目录项是否匹配。13

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一个长文件名的例子

长文件名：“The quick brown fox jumps over the lazy dog”; 8+3文件名：“THEQUI~1”。14

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6.5 Windows 2000 的文件系统Windows 2000支持的文件系统：CDFS:CD-ROM File System,只读存储介质CDROM的格式标准，简单、功能有限。如文件名和 目录名的长度不能超过32个字符；目录树的深度不 能超过8层；

UDF:Universal Disk Format,只读存储介质 DVD-ROM的格式标准，是CDFS的替代格式。支 持255个字符的长文件名，最大的路径名长度为 1023个字符，文件名区分大小写；15

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FAT 12、FAT16和FAT32:主要为了系统的升级和 兼容，并作为软盘的文件格式；– FAT12:用12位描述一个块号(簇，cluster), 主要用作软盘的文件格式； – FAT16:用16位来描述一个簇。根据磁盘分区 的大小，簇的大小可以从512字节到64KB; – FAT32:用28位来描述一个簇，根据磁盘分区 的大小，簇的大小可以为4、8、16、32KB。而 且根目录没有大小的限制。 NTFS:NT File System,Windows NT和Windows 2000所固有的文件系统。16