文件管理-文件控制块和索引节点
1. 文件控制块（FCB）：文件的“身份证”
FCB是操作系统用于管理文件的核心数据结构，记录文件的所有属性和控制信息，实现“按名存取”。
核心功能：
- 文件与FCB一一对应，FCB的有序集合构成文件目录（目录文件）。
- 创建新文件时，系统为其分配唯一FCB；删除文件时，释放FCB。
主要信息（FCB内容）：
- 基本信息：文件名、物理位置（如磁盘块号）、逻辑结构（流式/记录式）、物理结构（连续/链接/索引）。
- 存取控制信息：文件主权限、用户组权限、其他用户权限（读
r/写w/执行x）。 - 使用信息：创建时间、最后修改时间、最后访问时间、当前大小。
2. 索引节点（inode）：FCB的优化版
问题：传统FCB包含所有文件信息（如64B），目录文件需存储大量FCB，导致目录检索效率低（频繁磁盘I/O）。
优化：UNIX系统将FCB拆分，仅保留文件名+索引节点号在目录项中，文件属性单独放入索引节点（inode）。
优势：
- 目录项大小减小（如16B=14B文件名+2B索引节点号），每个磁盘块可存储更多目录项（如1KB块存64项，原FCB仅存16项），减少目录检索的磁盘I/O次数（例：640个文件，原需20次I/O，优化后仅5次）。
3. 索引节点的分类
3.1、磁盘索引节点（磁盘inode）
存储在磁盘上，每个文件唯一对应一个，包含静态文件属性：
- 文件主标识符（UID）、文件类型（普通/目录/设备）、存取权限。
- 物理地址（13个地址项，直接/间接指向数据块，详见“文件物理结构”）。
- 文件长度、链接计数（指向该文件的文件名数量）、时间戳（创建/修改/访问时间）。
3.2、内存索引节点（内存inode）
文件打开时，从磁盘inode复制到内存，增加动态管理信息，提高访问效率：
- 索引节点号（唯一标识）、状态（是否上锁/修改）、访问计数（当前访问进程数）。
- 逻辑设备号（所属文件系统）、链接指针（空闲链表/散列队列指针）。
4. FCB与inode的对比
对比项 | 文件控制块（FCB） | 索引节点（inode） |
目录项内容 | 包含文件名+全部文件属性（如64B/项） | 仅含文件名+inode号（如16B/项） |
检索效率 | 低（目录项大，磁盘块存目录项少，I/O次数多） | 高（目录项小，磁盘块存目录项多，I/O次数少） |
存储位置 | 与文件名一起存放在目录文件中 | 磁盘inode单独存储，内存inode动态加载 |
典型系统 | 早期OS（如MS-DOS） | UNIX/Linux、现代OS |
核心考点 📌
- inode的作用：分离文件名与文件属性，减小目录项大小，降低目录检索的磁盘I/O开销。
- 磁盘inode vs 内存inode：磁盘inode存静态属性（长期），内存inode存动态信息（临时，文件打开时加载）。
- 链接计数：inode中的链接计数记录指向该文件的文件名数量（硬链接原理），计数为0时删除文件。
总结
FCB是文件管理的基础数据结构，但存在目录检索效率低的问题；inode通过“文件名与属性分离”优化这一缺陷，是现代文件系统（如UNIX/Linux）的核心设计。理解inode的结构与作用，是掌握文件目录管理和存储效率优化的关键。
✨ 一句话记忆：FCB全能但笨重，inode拆分提效率，目录仅存文件名+inode号，属性动态加载省I/O！ ✨