计算机速成课 第二十集 文件系统

1. 文件

• 本质：一整块有关系的数据
• 举例：
  • 文本文件
  • 音乐文件
  • 照片、视频

2. 文件格式（File format）

• 随意排列文件数据完全没有问题，但按格式排会更好，这就是文件格式
• 可以发明自己的文件格式，程序与偶尔会这么做，但最好用现成标准
• 举例
  • 最简单的格式：文本文件 .txt (本质：一长串二进制数)
  • WAV 存储音频数据
    • 元数据：数据的数据。
    • 比如：码率，单声道，立体声
    • 存在文件开头，在实际数据前面，因此也叫 文件头（Header）
    • 电脑和手机麦克风，每秒可以对声音进行上千次采样，每次采样可以用一个数字表示，声压越高，数字越大，也叫「振幅」，WAVE 文件里存的就是这些数据，每秒上千次的振幅
    • 播放声音文件时，扬声器会产生相同的波形
  • 位图 （Bitmap） .bmp
    • 用途：存图片
    • 计算机上，图片由很多个叫「像素」的方块组成，每个像素由红、绿、蓝三种颜色组成，叫「加色三原色」，混在一起可以创造其他颜色
    • BMP 文件开头也是元数据，有图片宽度、图片高度、颜色深度
• 本质：文件在底层全是一样的：一长串二进制

3. 文件系统

• 在很早期，计算机只做一件事，比如算火炮射程表。此时，整个存储器就像一整个文件。
• 随着计算机能和存储容量的提高，存多个文件变得非常有用。
  • 最简单的方式是把文件连续存储
  • 目录文件
    • 为了存多个文件，需要一个特殊文件，记录其他文件的位置。这个特殊文件有很多名字，这里泛称「目录文件」，这个文件一般放在最开头，方便查找
    • 目录文件中，存储其他文件的名字。格式：文件名 + "." + 扩展名
    • 目录文件也存储了文件的元数据，比如：创建时间、最后修改时间、文件所有者、是否可以读/写
    • 最重要：目录文件有文件起始位置和长度
    • 目录文件以及对目录文件的管理，是一个非常简单的文件系统例子。
    • 平面文件系统：上面这个例子叫「平面文件系统」，因为文件都在同一个层次
• 优点：使得我们不必关心文件在磁带或者磁盘的具体位置，整理和访问文件更加方便，

4. 碎片

• 增、删、改文件导致的，不可避免
• 对很多存储技术来说，碎片是坏事
• 碎片整理
  • 计算机会把数据来回移动，排列成正确的顺序

5. 分层文件系统（Hierarchical File System）

• 相关文件放在同一个文件夹，然后文件夹套文件夹，这个叫做「分层文件系统」
• 最大变化：目录文件不仅要指向文件，还要指向目录，还需要额外元数据，来区分开文件和目录，这个目录文件在最顶层，因此叫根目录