探索文件的奥秘：操作系统视角下的文件构造剖析

第一章：揭开文件面纱

文件是信息存储的基本单元，承载着海量的数据和知识。要探究文件的本质，首先要从宏观上审视其构成。一个完整的文件由两部分构成：

1. 元数据：文件属性和管理信息，如文件长度、创建时间、访问权限等。
2. 文件数据：存储文件具体内容。

第一章小结：

• 文件由元数据和文件数据两部分构成。
• 元数据文件属性和管理信息。
• 文件数据存储文件具体内容。

过渡：
知道了文件的整体结构，我们不妨再进一步，探究文件内部是如何组织和管理数据的。

各章

第一章：FCB——文件信息的中枢

FCB，全称文件分制表，是文件管理中的核心数据结构，负责存储文件的元数据。它包含指向文件数据的指针，使操作系统可以轻松定位和管理文件。

1. FCB的结构：

• 文件名和文件属性
• 起始簇号和文件长度
• 访问权限和时间戳

2. FCB的作用：

• 唯一性：一个文件只对应一个FCB，反之亦然。
• 元数据管理：存储文件的属性和管理信息。
• 文件定位：包含指向文件数据的指针。

1.1 FCB的局限性：
当文件数据分散存储在多个簇中时，FCB的定位效率会受到限制。为此，操作系统引入了一种更灵活、更高效的结构——Index Block。

1.2 Index Block
Index Block是一种间接寻址结构，它将文件数据分成固定大小的块，并使用一个Index Block表来存储指向这些块的指针。

1.3 Index Block的优势：

• 定位效率：Index Block表将文件数据块的物理分布信息集中存储，减少了文件定位的时间。
• 扩展性：Index Block表可以随着文件数据的增长而扩展，打破了FCB的寻址限制。

第一章小结：

• FCB存储文件的元数据和文件数据的指针。
• Index Block是一种间接寻址结构，提高了文件的定位效率和扩展性。
• FCB和Index Block是文件管理中的两种互补数据结构。

过渡：
有了FCB和Index Block的加持，文件组织和管理变得高效而灵活。在下一章中，我们将进一步探究文件的存储细节，揭开FAT和MFT的奥秘。

第一章：FAT与MFT——文件的存储基石

FAT（File FAT）和MFT（Master FAT）是Windows操作系统中管理文件存储的核心数据结构。

2.1 FAT（File FAT）

• FAT是一种位图数据结构，用于管理文件数据块的物理存储。
• FAT表中的每个条目对应一个簇，"0"表示该簇未使用，非零值表示该簇被文件使用。
• FAT表可以快速确定文件的下一个数据块。

2.2 MFT（Master FAT）

• MFT是一种特殊的文件，用于存储所有文件和文件夹的FCB信息。
• MFT本质上也是一个文件，由操作系统管理。
• 通过MFT，操作系统可以间接获取到文件的元数据和数据块的物理存储信息。

2.3 FAT和MFT的协作：
FAT和MFT协同工作，共同管理文件的存储。FAT负责跟踪文件数据块的物理分布，MFT存储文件的FCB信息和指向FAT表的指针。

2.4 FAT和MFT的局限性：

• FAT表随着文件系统的增大会变得庞大，进而降低文件定位的效率。
• MFT文件本身也会随着文件系统的增大而变大，给文件系统的管理带来负担。

2.5 NTFS（New FAT）
为克服FAT和MFT的局限性，Windows操作系统推出的NTFS文件