Lecture 9：知识 - 目录

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目录是特殊文件，由目录项组成，承担按名存取、分类、共享和保护。目录结构的演进体现了多用户、分类和共享需求的增加。

9.1 目录结构

结构	特点
单级目录	全系统一张目录表，重名冲突、查找慢，不适合多用户
两级目录	MFD 按用户定位 UFD，不同用户可重名，但用户内无法分类
树形目录	根到文件的层次路径，分类清晰、保护方便，逐级查找增加 I/O
无环图目录	增加共享链接，允许同文件/目录多入口，需共享计数防止误删

目录本身是有结构的文件，由一条条目录项组成；一个目录项对应该目录下的一个文件。传统目录项可保存完整 FCB，FCB 包括：

目录的目的不仅是按名存取（实现文件名到文件的映射），还包括提高检索效率、支持多用户共享及对用户文件重命名。

两级目录：
MFD（用户名 → UFD 位置）
 ├─ User1 → UFD1（文件名 → FCB/位置）
 ├─ User2 → UFD2（文件名 → FCB/位置）
 └─ User3 → UFD3（文件名 → FCB/位置）

单级目录中整个系统只有一张目录表：建立文件需先查全表重名；按文件名找到 FCB 后还要进行合法性检查。它支持按名存取，也可在新名称不冲突时重命名，但不支持不同用户的同名文件和分层分类，目录很大时查找也慢。
两级目录中，MFD 的一项记录用户名与该用户 UFD 的位置，UFD 记录该用户全部文件的 FCB。不同用户可有同名文件，并可在目录层实施访问限制；但一个用户仍不能对自己的文件再分类。
树形目录的路径由从根目录到目标的各目录名和文件名用 / 连接。绝对路径从根开始，相对路径从当前目录开始。树形目录便于分类、管理、保护，但沿路径逐级查找会增加外存访问。
无环图目录是在树形目录上增加指向同一结点的有向边，以共享文件或整个目录；必须保持无环，否则路径遍历和回收会失控。

只有文件名匹配后才需要读取文件的其他属性。采用 inode 后，目录项仅保存：

除文件名外的描述信息（包括文件的外存位置）放在该文件唯一的 inode 中。找到目录项后才把 inode 调入内存，并由其中的块地址定位文件。

类型	含义
磁盘 inode	存放在外存的持久 inode。
内存 inode	磁盘 inode 调入后的运行时表示；除磁盘属性外，还会记录是否已修改、当前访问该文件的进程数等。

硬链接让多个用户目录项（可以用不同文件名）指向同一个 inode；inode 再指向同一份文件数据。

User1/aaa ─┐
           ├─> inode（link count = 2） ─> 文件数据
User2/bbb ─┘

建立新硬链接：增加一个目录项，并令 inode 的 count++。
删除一个硬链接：只删该目录项，count--。课程的简化模型在 count == 0 时回收 inode 和数据；实际 Unix 类系统若还有进程打开该文件，即使链接计数已归零，也会等最后一个打开引用关闭后才回收。
因此硬链接共享的是同一份数据；任何一个用户修改后，其他链接名访问到的内容同步变化。

**软链接（符号链接）**本身是独立的 Link 型文件，其内容记录目标文件的路径（类似 Windows 快捷方式）。访问软链接时，OS 根据该路径逐级查目录，最终再定位目标文件。

User3/ccc（Link 文件，内容：/User1/aaa）
    └─ 路径解析 ─> User1/aaa ─> inode 1 ─> 文件 1

删除目标文件后，软链接文件仍然存在，但解析路径会失败，成为悬空链接。
直接删除软链接的路径名时，默认删除的是链接自身，不会删除其目标；通过软链接打开、读取或写入时才会跟随路径访问目标。
符号链接拥有独立 inode，其链接计数不随目标文件变化；课程示例中该值为 1，但这不是所有文件系统和所有操作下恒成立的普遍定律。
在 Unix 类系统中，能否删除某个目录项主要取决于调用者对父目录是否具有写权限和执行权限，并受 sticky bit 等规则限制，而不是简单取决于是否为目标文件拥有者。软链接也不会让用户绕过这些权限检查。