练习参考答案#

课后练习#

问答题#

* 文件系统的功能是什么？

将数据以文件的形式持久化保存在存储设备上。
** 目前的文件系统只有单级目录，假设想要支持多级文件目录，请描述你设想的实现方式，描述合理即可。

允许在目录项中存在目录（原本只能存在普通文件）即可。
** 软链接和硬链接是干什么的？有什么区别？当删除一个软链接或硬链接时分别会发生什么？

软硬链接的作用都是给一个文件以”别名”，使得不同的多个路径可以指向同一个文件。当删除软链接时候，对文件没有任何影响，当删除硬链接时，文件的引用计数会被减一，若引用计数为0，则该文件所占据的磁盘空间将会被回收。
*** 在有了多级目录之后，我们就也可以为一个目录增加硬链接了。在这种情况下，文件树中是否可能出现环路(软硬链接都可以，鼓励多尝试)？你认为应该如何解决？请在你喜欢的系统上实现一个环路，描述你的实现方式以及系统提示、实际测试结果。

是可以出现环路的，一种可能的解决方式是在访问文件的时候检查自己遍历的路径中是否有重复的inode，并在发现环路时返回错误。
* 目录是一类特殊的文件，存放的是什么内容？用户可以自己修改目录内容吗？

存放的是目录中的文件列表以及他们对应的inode，通常而言用户不能自己修改目录的内容，但是可以通过操作目录（如mv里面的文件）的方式间接修改。
** 在实际操作系统中，如Linux，为什么会存在大量的文件系统类型？

因为不同的文件系统有着不同的特性，比如对于特定种类的存储设备的优化，或是快照和多设备管理等高级特性，适用于不同的使用场景。
** 可以把文件控制块放到目录项中吗？这样做有什么优缺点？

可以，是对于小目录可以减少一次磁盘访问，提升性能，但是对大目录而言会使得在目录中查找文件的性能降低。
** 为什么要同时维护进程的打开文件表和操作系统的打开文件表？这两个打开文件表有什么区别和联系？

多个进程可能会同时打开同一个文件，操作系统级的打开文件表可以加快后续的打开操作，但同时由于每个进程打开文件时使用的访问模式或是偏移量不同，所以还需要进程的打开文件表另外记录。
** 文件分配的三种方式是如何组织文件数据块的？各有什么特征（存储、文件读写、可靠性）？

连续分配：实现简单、存取速度快，但是难以动态增加文件大小，长期使用后会产生大量无法使用（过小而无法放入大文件）碎片空间。

链接分配：可以处理文件大小的动态增长，也不会出现碎片，但是只能按顺序访问文件中的块，同时一旦有一个块损坏，后面的其他块也无法读取，可靠性差。

索引分配：可以随机访问文件中的偏移量，但是对于大文件需要实现多级索引，实现较为复杂。
** 如果一个程序打开了一个文件，写入了一些数据，但是没有及时关闭，可能会有什么后果？如果打开文件后，又进一步发出了读文件的系统调用，操作系统中各个组件是如何相互协作完成整个读文件的系统调用的？

(若也没有flush的话）假如此时操作系统崩溃，尚处于内存缓冲区中未写入磁盘的数据将会丢失，同时也会占用文件描述符，造成资源的浪费。首先是系统调用处理的部分，将这一请求转发给文件系统子系统，文件系统子系统再将其转发给块设备子系统，最后再由块设备子系统转发给实际的磁盘驱动程序读取数据，最终返回给程序。

*** 文件系统是一个操作系统必要的组件吗？是否可以将文件系统放到用户态？这样做有什么好处？操作系统需要提供哪些基本支持？

不是，如在本章之前的rCore就没有文件系统。可以，如在Linux下就有FUSE这样的框架可以实现这一点。这样可以使得文件系统的实现更为灵活，开发与调试更为简便。操作系统需要提供一个注册用户态文件系统实现的机制，以及将收到的文件系统相关系统调用转发给注册的用户态进程的支持。