文件系统的概念
Q: 操作系统中负责文件管理和存储的软件机构是什么？
A: 文件系统。
补充细节：文件系统就像一个“图书馆管理员”，负责文件的存放、查找、借阅、安全保护、整理等工作。
文件系统的功能
Q: 为什么操作系统需要文件系统？
A: 文件系统可以实现文件的按名存取、组织文件结构、进行文件共享和保护、管理磁盘信息交换、提升系统性能等功能。
补充细节：文件系统就像一个图书管理员，不仅要管理书籍（文件），还要负责借阅登记（文件共享）、安全保护（文件保护）、整理书架（组织文件结构）等工作。
文件系统的层次结构
Q: 为什么文件系统通常采用分层结构？
A: 文件系统采用分层结构可以提高系统的可扩展性和可维护性，例如，可以更容易地添加新的文件系统类型或修改现有的文件系统。
补充细节：分层结构就像图书馆的管理体系，从馆长到管理员再到图书管理员，每一层负责不同的工作，提高了管理效率。
Q: 文件系统的 I/O 控制层负责什么功能？
A: I/O 控制层负责在内存和磁盘系统之间传输信息，类似于图书馆的保安，负责进出管理。
Q: 文件系统的基本文件系统负责什么功能？
A: 基本文件系统负责读取和写入磁盘的物理块，类似于图书馆的库房管理员，负责书籍的存放和取用。
文件系统的布局
文件系统在磁盘中的结构
Q: 磁盘的 0 号扇区存放什么内容？
A: 主引导记录 (MBR)。
补充细节：MBR 就像图书馆的入口，引导计算机启动操作系统，就像指引读者进入图书馆一样。
Q: 主引导记录 (MBR) 位于磁盘的哪个扇区？
A: 0 号扇区。
补充细节：MBR 就像图书馆的入口，引导计算机启动操作系统，就像指引读者进入图书馆一样。
Q: 引导块 (boot block) 的作用是什么？
A: 引导块 (boot block) 中的程序负责启动该分区中的操作系统。
补充细节：引导块就像图书馆的自助借阅机，引导操作系统启动，就像帮助读者自助借阅书籍一样。
Q: 超级块 (super block) 的作用是什么？
A: 超级块 (super block) 包含文件系统的所有关键信息，如分区的块的数量、块的大小、空闲块的数量和指针、空闲的 FCB 数量和 FCB 指针等。
补充细节：超级块就像图书馆的管理手册，记录了文件系统的关键信息，方便操作系统进行管理。
Q: 空闲块信息可以采用哪些形式给出？
A: 空闲块信息可以采用位示图或指针链接的形式给出。
补充细节：位示图就像图书馆的座位表，用 0 和 1 表示座位是否空闲；指针链接就像图书馆的书架，每个书架指向下一个书架，形成一个链。
Q: i 节点的作用是什么？
A: 每个文件对应一个 i 节点，说明了文件的方方面面。
补充细节：i 节点就像图书馆的图书卡片，记录了文件的详细信息，如大小、类型、创建时间等。
Q: 根目录的作用是什么？
A: 根目录存放文件系统目录树的根部。
补充细节：根目录就像图书馆的总目录，是所有目录的起点。
文件系统在内存中的结构
Q: 安装表 (mount table) 的作用是什么？
A: 安装表 (mount table) 包含每个已安装文件系统分区的有关信息。
补充细节：安装表记录了已安装文件系统的信息，方便操作系统管理。
Q: 目录结构的缓存的作用是什么？
A: 目录结构的缓存包含最近访问目录的信息。
补充细节：目录结构的缓存就像图书馆的常用书籍区，存放了最近访问的目录信息，方便快速查找。
Q: 打开文件表的作用是什么？
A: 打开文件表包含每个打开文件的 FCB 副本、打开计数及其他信息。
补充细节：打开文件表就像图书馆的借阅记录，记录了当前打开的文件信息。
Q: 每个进程的打开文件表的作用是什么？
A: 每个进程的打开文件表包含进程打开文件的文件描述符 (Windows 称之为文件句柄) 和指向整个系统的打开文件表中对应表项的指针。
补充细节：每个进程的打开文件表就像读者的借阅卡，记录了读者当前借阅的书籍信息。
外存空闲空间管理
Q: 空闲表法属于哪种分配方式？
A: 空闲表法属于连续分配方式。
补充细节：连续分配就像图书馆的书架，将书籍连续摆放，方便查找，但容易造成空间浪费。
Q: 空闲表法的优点是什么？
A: 空闲表法的优点是具有较高的分配速度，可减少访问磁盘的 I/O 频率。
补充细节：就像在图书馆的书架上找书，如果书籍连续摆放，查找速度会很快。
Q: 空闲表法的缺点是什么？
A: 空闲表法的缺点是容易产生外部碎片。
补充细节：就像图书馆的书架，如果书籍摆放不连续，就会产生很多空隙，造成空间浪费。
Q: 空闲链表法有哪些类型？
A: 空闲链表法可以分为空闲盘块链和空闲盘区链。
补充细节：空闲链表法就像图书馆的书库，将书籍分散存放，通过链接的方式将它们连接起来。
Q: 空闲盘块链的优点是什么？
A: 空闲盘块链的优点是分配和回收一个盘块的过程非常简单。
补充细节：就像在图书馆的书库中找书，如果每个书架都指向下一个书架，那么找书的过程就会很简单。
Q: 空闲盘块链的缺点是什么？
A: 空闲盘块链的缺点是为一个文件分配盘块时可能要重复操作多次，效率较低；空闲盘块链会很长。
补充细节：就像在图书馆的书库中找书，如果书库很大，那么找书的过程就会很慢。
Q: 空闲盘区链的优点是什么？
A: 空闲盘区链的优点是分配与回收的效率较高，空闲盘区链较短。
补充细节：就像在图书馆的书库中找书，如果书库按照主题分类，那么找书的效率就会很高。
Q: 空闲盘区链的缺点是什么？
A: 空闲盘区链的缺点是分配与回收的过程比较复杂。
补充细节：就像在图书馆的书库中找书，如果书库的分类很复杂，那么找书的过程就会很麻烦。
Q: 位示图法的优点是什么？
A: 位示图法的优点是：很容易在位示图中找到一个或一组相邻接的空闲盘块；占用空间少，可将它保存在内存中，节省磁盘启动的开销。
补充细节：位示图就像图书馆的电子地图，可以快速找到空闲的座位或书架。
Q: 位示图法的缺点是什么？
A: 位示图法的缺点是位示图大小会随着磁盘容量的增加而增大，常用于小型计算机。
补充细节：就像图书馆的电子地图，如果图书馆很大，那么电子地图也会很大，占用很多空间。
Q: 成组链接法的思想是什么？
A: 成组链接法的思想是将空闲盘块分成若干组，每组的第一个盘块记录下一组的空闲盘块总数和空闲盘块号。
补充细节：成组链接法就像图书馆的书库索引，将书库分成若干区域，每个区域都有一个索引，方便查找书籍。
Q: 成组链接法的优点是什么？
A: 成组链接法的优点是克服了空闲表法和空闲链表法 “表太长” 的缺点。
补充细节：就像图书馆的书库索引，可以将书库分成若干区域，每个区域的索引都不会太长，方便查找。
Q: 成组链接法的缺点是什么？
A: 成组链接法的缺点是分配和回收过程较为复杂。
补充细节：就像图书馆的书库索引，如果书库的分类很复杂，那么索引也会很复杂，使用起来会比较麻烦。
虚拟文件系统
Q: 虚拟文件系统 (VFS) 的作用是什么？
A: 虚拟文件系统 (VFS) 屏蔽了不同文件系统的差异和操作细节，向上为用户提供了文件操作的统一调用接口。
补充细节：虚拟文件系统就像图书馆的统一查询系统，可以查询不同类型图书馆的书籍信息。
Q: VFS 采用了什么思想？
A: VFS 采用了面向对象的思想，抽象出一个通用的文件系统模型，定义了通用文件系统都支持的接口。
补充细节：面向对象就像图书馆的管理规范，将不同类型的图书馆都纳入统一的管理体系。
Q: VFS 抽象了哪些对象类型？
A: VFS 抽象了四种对象类型：超级块对象、索引节点对象、目录项对象、文件对象。
补充细节：这四种对象类型就像图书馆的管理人员，分别负责不同的管理工作。
文件系统挂载
Q: 文件系统在进程使用之前必须先做什么？
A: 文件系统在进程使用之前必须先安装，也称挂载 (Mounting)。
补充细节：文件系统挂载就像图书馆的开馆，只有开馆后才能借阅书籍。
Q: 将设备中的文件系统挂载到某个目录后，我们可以做什么？
A: 将设备中的文件系统挂载到某个目录后，就可以通过这个目录来访问设备上的文件。
补充细节：就像图书馆的书架，只有将书籍摆放到书架上，读者才能借阅。
Q: Windows 系统维护一个什么样的目录结构？
A: Windows 系统维护一个扩展的两级目录结构，用驱动器字母表示设备和卷。
补充细节：就像图书馆的楼层和区域划分，方便读者查找书籍。
Q: UNIX 使用什么文件系统？
A: UNIX 使用系统的根文件系统，它是在系统启动时直接安装的，也是内核映像所在的文件系统。
补充细节：根文件系统就像图书馆的总馆，是所有分馆的基础。
Q: 其他文件系统要先做什么才能访问？
A: 其他文件系统都要先挂载到根文件系统中的某个目录后才能访问。
补充细节：就像图书馆的分馆，只有将分馆的书籍纳入总馆的管理体系，读者才能借阅。
Q: 安装文件系统的这个目录称为什么？
A: 安装文件系统的这个目录称为安装点。
补充细节：安装点就像图书馆的书架，只有将书籍摆放到书架上，读者才能借阅。
文件系统相关计算
Q: 使用位示图法管理磁盘空间所需的簇数如何计算？
A: 位示图法管理磁盘空间所需的簇数 = 簇的总数 / 8。
补充细节：簇就像图书馆的书架，位示图就像图书馆的座位表，用 0 和 1 表示座位是否空闲。
Q: 位示图中要修改的位所在的盘块号如何计算？
A: 位示图中要修改的位所在的盘块号 = 起始块号 + ⌊盘块号 / (块大小 / 位示图中每个位表示的块数)⌋。
补充细节：盘块号就像图书馆的书架编号，块大小就像书架的容量，位示图中每个位表示的块数就像每个座位可以容纳的人数。
Q: 位示图中要修改的位所在的块内字节序号如何计算？
A: 位示图中要修改的位所在的块内字节序号 = ⌊(盘块号 % (块大小 / 位示图中每个位表示的块数)) / (位示图中每个位表示的字节数)⌋。
补充细节：块内字节序号就像座位号，位示图中每个位表示的字节数就像每个座位占用的空间大小。
Q: 位示图中第 i 个字的第 j 位对应的块号如何计算？
A: 位示图中第 i 个字的第 j 位对应的块号 = 32 × (i - 1) + j。
补充细节：字就像图书馆的书架，位就像座位，块号就像书架编号。