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[TOC]
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# 一、*File System Interface*
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檔案系統是一套實現了資料的儲存、分級組織、存取和取得等操作的抽象資料類型（Abstract data type）。

檔案系統使用檔案和樹形目錄的抽象邏輯概念代替了硬碟和光碟等物理裝置使用資料塊的概念，用戶使用檔案系統來儲存資料不必關心資料實際儲存在硬碟（或者光碟）的位址為多少的資料塊上，只需要記住這個檔案的所屬目錄和檔案名。
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一個好的檔案系統須具有：

1. 良好的空間管理
2. 有效的資料存取
3. 好的容錯能力
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完整的檔案系統包含三個部分：

檔案
目錄結構：檔案分門別類地儲存於硬碟
分割：將一個實體硬碟分成數個邏輯上的硬碟
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## 檔案屬性 (Metadata)：檔案儲存於硬碟中，系統同時儲存跟檔案相關的資料稱為檔案屬性值
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- 檔案名稱 **(Name)**：給人看
- **ID**：給機器看
- 型態 **(Type)**：以辨識不同資料型態的檔案，包含目錄、裝置、普通檔案
- 位置 **(Location)**：指向硬碟實體儲存位置的指標
- 大小 **(Size)**：儲存於硬碟中的儲存空間
- 保護 **(Protection)**：安全上的考量
- 擁有者 **(user id)**
- 日期資訊 **(time&Date)**：檔案建立、修改的日期時間
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## 檔案操作(File Operation)：使用者透過系統呼叫來完成檔案存取。
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- 建立檔案 fopen()`create`
- 寫入檔案 (附加於檔後、覆蓋檔案) fwrite()`write`
- 讀取檔案 fread()`read`
- 重置擋案 fseek()`repositioning`
- 刪除檔案 unlink()：標記為刪除，資料還在。`delet`
- 屬性更改 fturn()：更改檔名、權限及擁有者。`turncating`
- [delet & turn 比較](https://byron0920.pixnet.net/blog/post/85759990)
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## file type

## open file table
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- file pointer
- records the current position in the file, for the next read or write access
- file open count
- How many times has the current file been opened ( simultaneously by different processes) and not yet closed? When this counter reaches zero the file can be removed from the table.(`dynamic open table`)
- Disk location
- 檔案位置
- Access right
- 權限
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## file locking
### share lock 寫鎖
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`reading only.` (r)寫鎖
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### exclusive lock 讀鎖
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` for writing as well as reading`(wr)讀鎖
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### advisory lock 建議鎖
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一般的鎖是建議鎖（`advisory lock`），每個執行緒在存取對應資源前都需取得鎖的資訊，再根據資訊決定是否可以存取。若存取對應資訊，鎖的狀態會改變為鎖定，因此其他執行緒此時不會存取該資源，當資源結束後，會恢復鎖的狀態，允許其他執行緒的存取。
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### mamndatory lock 強制鎖
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強制鎖（mandatory lock），若有未授權的執行緒想要存取鎖定的資料，在存取時就會產生異常
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### example [issue] `Binary` or `Text`?
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Textmode :

fopen("abc.txt","r+t");
Translate Ctrl-Z into EOF, Translate \r\n into \n.   #location
e.g. .html 

Binary mode :

fopen("xyz.mp3","rb");
Raw input
e.g. .doc

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# 二、Access Methods
## Sequential access
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- Read/write next (block)
- Reset
- 重置file pointer到file的起始點
- Skip/rewind n records
- 因為磁頭的關係，若是random，移動磁頭花時間
- 邏輯上的連續，檔案儲存實體硬碟位置不一定要連續
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## Direct (relative) access
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- 可以access在任意位置的element
- File operations需要block #作為參數
- Often use ==random access== to refer the ==access pattern== from direct access
- 檔案由多個==大小固定的區塊==所組成，可直接將檔案指標移動到某個特定的區塊，並一次讀取整個區塊
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## record access
• file is array of fixed- or variable-sized records
## Index Access
- Index
- 包含pointers to blocks of a file
- To find a record in a file:
- 搜尋index file $\rightarrow$ 找到pointer
- 使用pointer去直接存取record
- 若是一個large file $\rightarrow$ index可能會變很大
[access](https://en.wikipedia.org/wiki/Access_method)

# 三、Directory issue

## Single-Level Directory
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- 所有的file都在同一個directory
- 檔案名稱必須要==唯一==
- 當檔案的數量增加，locating file的效率差
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## Two-Level Directory
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- directory被分給每個使用者
- path = user name + file name
- single-level dir的問題依然存在在每個使用者
- 缺點
- 不同使用者不能共享檔案與目錄
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## Tree-Structured Directory
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- 絕對路徑
- 從root開始
- 相對路徑
- 從directory開始
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## Acyclic-Graph Directories


### Aliasing(Soft/hard)

- Two methods for using alias in UNIX

1. Soft link：`ln -s`，檔案名稱代換（f1 是檔名代換到 f2）軟連結要再透過硬連結來存取硬碟上的資料，可跨網路。[symbolic link](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%AC%A6%E5%8F%B7%E9%93%BE%E6%8E%A5)
2. Hard link：`ln`，分不出來誰是本尊（連結直接發生在硬碟） 硬連結直接透過分割區上的配置表來對應資料，只能在本機硬碟使用

- Three problems with aliasing

1. Duplicated files：happened when Backup
2. Dangling pointer：happened when Delete
3. Cycle
- 使用==links==去分享files或directories
- UNIX-like：ln <新連結位置> <原被連結位置>
- 一個file可以有==多條絕對路徑==
- 何時是一個檔案真正被刪除？
- Problem
- 刪除link但沒刪file
- 刪除file但遺留link $\rightarrow$ dangling pointer
- Good
- 刪除檔案直到==reference counters is 0==

## General-Graph Directory
- 可能會有cycles
- Reference count不再work
- E.g. self-referencing file
- 如何處理cycle
- ==Garbage collection==
1. traverse整個圖和標記accessible files和directories
2. collect and free任何沒有被標記的
$\rightarrow$ 在百萬以上的檔案會有很差的performance
- 當有link被create的時候，使用==cycle-detection algorithm==

## 掛載(Mounting)：
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File System Mounting
- 一個file system必須要被mount到目錄樹的目錄後，才能被行程存取
- file system must be mounted before it can be accessed A unmounted file
- system is mounted at a mount point
- In disk partition : to check the filesystem type and to find the superblock
- In filesystem naming space : to specify the mounting point.

e.g. mount –t ext4 /users /dev/hda1

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:::info

- ==Mount point==
- the ==root path== that file system將被掛載的地方
- Mountg時機
- boot time
- automatically at run-time
- usb自動偵測
- manually at run-time
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A

# 四、File sharing

## Consistency Semantics :
Consistency semantics specify how multiple users are to access a shared file

## Unix file system (UFS) implements :
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Writes to an open file visible immediately simultaneously to other users of the same open file
Sharing file pointer to allow multiple users to read and write concurrently

ex : 訂票系統 (互斥)

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AFS has session semantics :

Writes only visible to sessions starting after the file is closed
ex : 報名表

Immutable(不可改變) semantic :

ex: 公告文件
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File sharing protection, Types of access :

Read
Write
Execute
Append (regards to disk space)
Delete
List
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## 控制用戶對檔案的權限
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chmod 是一條在 Unix 系統中用於控制用戶對檔案的權限的命令，由 9 個權限位來控制，每三位為一組，分別是 User, Group, Other，而每組內皆能控制 RWX (讀、寫、執行，r = 4, w = 2, x = 1, - = 0) 。
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:::warning

例如：

- 所有者的權限用數字表達：屬主的那三個權限位的數字加起來的總和。如rwx ，也就是4+2+1 ，應該是7。
- 用戶組的權限用數字表達：屬組的那個權限位數字的相加的總和。如rw- ，也就是4+2+0 ，應該是6。
- 其它用戶的權限數字表達：其它用戶權限位的數字相加的總和。如r-x ，也就是4+0+1 ，應該是5。
- 則可以輸入以下指令 : chmod 765 myfile
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# 參考資料

[PPT影片1](https://www.csie.ntu.edu.tw/~d92005/OS%202008/ch11.pdf)
[wiki](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%81_(%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%A7%91%E5%AD%A6)
[教授](https://www.cs.uic.edu/~jbell/CourseNotes/OperatingSystems/11_FileSystemInterface.html)