初识文件
文件的概念
在学习内存、进程的时候我们了解到了，程序运行需要将数据从外存移动到内存。在接下来的学习，我们将目标从内存转换到外存，看看数据在外存中是个什么组织方式吧。
文件是以硬盘为载体的存储在计算机中信息的集合。上面我们提到的数据，在外存中就成为文件。在Linux系统中就提出过这样一个概念：万物皆文件。文件的组织方式是什么？文件有什么作用？这些问题都会在下面一一解答。
文件的属性
当我们创建一个文件，并且编写这个文件。我们改变的是这个文件的数据项部分，还有一些其他部分是由操作系统为我们创建好的，称为文件属性。文件属性有以下几种：
名称：要求文件名称唯一，且要容易读取。
类型：被不同类型的文件系统使用。
创建者：文件创建者的ID；
所有者：当前所有者的ID；
位置：指向设备或设备上文件的指针；
大小：文件的当前大小；
保护：进行保护的访问控制信息；
创建时间：最后一次修改时间和最后一次存取时间。
这些文件属性我们可以很轻易地查看：例如在Windows系统中，右击文件单击属性就能查看文件的所有属性。
在Linux系统中，使用ls -l命令可以查看文件的基本属性，例如：
~# ls -l frp
total 17840
-rw-r--r-- 1 root root 142 Jun 4 10:11 frpc.toml
-rwxr-xr-x 1 root root 18239640 Jun 4 10:11 frps
-rw-r--r-- 1 root root 209 Jun 4 10:30 frps.ini
-rw-r--r-- 1 root root 16 Jun 4 10:11 frps.toml
-rw-r--r-- 1 root root 11358 Jun 4 10:11 LICENSE在这个命令的输出中，每一行代表一个文件或目录的信息：
文件权限（-rw-r--r--）：第一个字符表示文件类型（
-表示普通文件，d表示目录）。接下来的九个字符分为三组，每组三个字符，分别表示所有者、组和其他用户的权限。
r表示可读（read）w表示可写（write）x表示可执行（execute）
链接数：文件的硬链接数量。
所有者：文件所有者的用户名。
组：文件所属组的组名。
文件大小：以字节为单位的文件大小。
修改日期和时间：文件最后修改的日期和时间。
文件名：文件的名称。
文件的分类
文件可以按照管理方式、用途等进行分类，下面是几种常见的分类方法：
按性质和用途分类：系统文件、用户文件、库文件。
按数据形式分类：源文件、目标文件、可执行文件。
按存取控制属性分类：可执行文件、只读文件、读写文件。
按组织形式和处理方式分类：普通文件、目录文件、特殊文件。
文件的逻辑结构
文件的数据部分可以根据组织形式来进行分类。如果无特定结构的文件，称作无结构文件。例如说我们常用的txt文件。还有一类文件有特定的组织结构，这类文件称作有结构文件。
有结构文件可分为以下三种：
顺序文件
顺序文件是最简单的文件结构，数据按照自然顺序逐条存储。
特点：
数据按写入顺序存储。
适合批处理操作。
插入和删除操作效率较低，因为需要移动大量数据。
优点：
简单易于实现。
对于顺序访问非常高效。
缺点：
随机访问效率低。
更新操作（插入/删除）可能需要重写整个文件。
索引文件
索引文件为数据文件建立一个索引，类似于书的目录，帮助快速定位数据。
特点：
包含索引区和数据区。
索引区存储关键字和指向数据的指针。
优点：
提供快速的随机访问。
适合频繁的查找操作。
缺点：
需要额外的存储空间来维护索引。
索引更新会增加插入和删除操作的复杂性。
索引顺序文件
索引顺序文件结合了顺序文件和索引文件的优点，通过索引实现快速访问，同时保持数据的顺序存储。
特点：
数据按顺序存储，并有一个或多个索引。
主索引用于快速查找记录，辅助索引用于二级查找。
适合既需要顺序访问又需要快速随机访问的场景。
优点：
顺序和随机访问性能较好。
插入和删除操作较为灵活。
缺点：
索引维护增加了复杂性。
需要更多的存储空间。
文件的操作
操作系统可以对文件进行以下操作：
创建文件：先为新文件分配额外内存空间、再在目录中创建一个目录项，目录项记录了文件名、文件在外存中的地址等信息。
读文件：根据文件名查找目录，找到对应目录项，得到在外存的地址。
删除文件：删除目录项，回收文件所占用的存储空间。
写文件：查找目录项找到对应地址，使用目录项的写指针对文件进行写操作，写操作结束后更新写指针。
在上面这些操作中，必然会涉及到文件的打开和关闭操作。操作系统具体打开文件的过程如下：
检索目录，使用系统调用open，系统将会维护一个打开文件信息的表，打开文件信息表中插入该文件的目录项。
将该表目的索引号（文件描述符）返回给用户。
如果用户多次请求打开相同文件，系统就可以高效的检索打开文件表，将对应的信息返回给用户。
操作系统关闭文件的过程如下：
系统的打开文件表中会维护一个打开计数器，记录多少进程打开了该文件。
文件不再使用，就会利用系统调用close关闭。此时打开计数器会递减。
当打开计数器为0时，则可以真正关闭这个文件，系统表中可以删除相应条目。
文件保护
为了安全起见，操作系统为用户提供的文件权限是有限的。例如，重要的系统内核文件，用户不应该能修改、删除。文件系统必须控制用户对文件的读取。常用的文件保护机制有口令保护、加密保护和访问控制等方式实现。口令保护、加密保护可以参见我的这篇文章：
这里着重介绍文件访问控制这方面。
访问类型有许多种：读、写、执行、添加、删除等。更细分还可以对文件的重命名、复制编辑进行控制。访问控制的方法就是根据用户身份进行控制。每个文件或目录有一个访问控制列表，可以规定每个用户及其允许的访问控制类型。此外还可以采用精简的访问控制列表，精简的控制列表将用户分为三种类型：
拥有者：创建文件的用户；
组：一组需要共享文件且具有类似访问的用户；
其他：系统内的其余用户。
Linux如何更改文件的权限？可以使用
chmod命令。以某一文件为例，使用ls -l 查看其属性，发现如下：-rw-r--r--表示所有者有读写权限，本组和其他用户只有读权限。利用chmod的数字模式更改这个文件的权限：
chmod 764 test.txt。表示这个文件本用户有读、写、执行权限，同组用户只有读写权限，其他用户只有读权限。不同数字代表的权限类型不同，基础类型如下：
r(读) = 4；w(写) = 2；x(执行) = 1。若要组合这些权限，简单的加和即可。
文件控制块FCB
和进程管理中的PCB类似，文件管理中也会使用FCB来存储文件的信息。文件与FCB一一对应，FCB的有序集合称为文件目录。一个FCB就是一个文件目录项，用来记录文件的各种属性。
FCB包含以下信息：
文件名：文件的名称及其路径。
文件大小：文件的字节数。
文件位置指针：当前读/写操作的位置。
文件所有者：文件的所有者信息。
权限信息：文件的访问权限（读、写、执行）。
时间戳：文件的创建时间、修改时间和访问时间。
文件类型：文件的类型（普通文件、目录、链接等）。
物理地址：文件在磁盘上的物理位置或指向磁盘块的指针。
链接计数：指向该文件的硬链接数量。
状态信息：文件的状态（打开、关闭、锁定等）。
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