D-OS-Ch14b-File_System_Operations

File-System Operations

File-system operations 是用 on-disk metadata 與 in-memory cache 實作 create、open、read、write、close。

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On-Disk Structures

• boot control block：volume boot information；不可 boot 可為空。
• volume control block：block size/count、free-block count、free-FCB pointer 等；UFS 類似 superblock。
• directory structure：file name → metadata identifier，例如 inode number。
• per-file FCB：單一 file 的 permission、owner、size、data-block pointers；見 D-OS-Ch14ba-File_Control_Block。

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In-Memory Structures

• mount table：mounted volumes。
• directory cache：加速 pathname lookup。
• system-wide open-file table：共享 open file entry，含 FCB copy、open count、dirty state。
• per-process open-file table：process-local fd/handle，保存 current offset、access mode。
• buffer / page cache：保存 file-system blocks 或 file pages。

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Create Flow

1. 搜尋目標 directory，確認無同名 entry。
2. 配置新的 FCB / inode。
3. 讀入並修改 directory block。
4. 建立 name → FCB identifier mapping。
5. 將 directory / FCB / free-space metadata 寫回，或先交給 journal / cache。

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Open / Read / Close Flow

open(path) 先查 system-wide open-file table；若已開啟，只替 process 建立 per-process entry。若未開啟，kernel 做 directory lookup、載入 FCB、建立 shared entry，再回傳 process-local descriptor / handle。

read(fd) / write(fd) 之後不再用 file name，而是 fd → per-process entry → system-wide entry → FCB / block mapping。close(fd) 移除 per-process entry、遞減 open count；count 歸零時才移除 shared entry，並寫回 dirty metadata。

Metadata update 不是 atomic，所以 crash consistency 需要 D-OS-Ch14g-File_System_Recovery。