前言
文件系统提供六种基本操作：创建、删除、打开、关闭、读、写。其他复杂操作均由这些基本操作组合完成。
1. 创建文件
系统调用参数：所需外存空间大小、文件存放路径、文件名。
系统做的两件事：
- 根据申请的大小，用存储空间管理策略（空闲表法/位视图法等）在外存中分配磁盘块；
- 在指定路径的目录表中插入一条新的目录项（FCB），记录文件名、存放位置等信息。
2. 删除文件
系统调用参数：文件存放路径、文件名。
系统做的三件事：
- 根据路径找到对应目录表，再按文件名找到目录项，读取文件占用的磁盘块信息；
- 按存储空间管理策略回收文件占用的磁盘块；
- 删除目录表中该文件的目录项。
3. 打开文件
在大多数操作系统中，对文件进行读写之前必须先调用 open。
系统调用参数：文件存放路径、文件名、操作类型（只读 / 读写等）。
系统做的两件事：
- 根据路径在外存中找到目录表，检查用户的访问权限（权限信息记录在目录项中），若无权限则拒绝；
- 权限合法后，将目录项复制到内存的打开文件表中，并将该表项的索引号（文件描述符）返回给用户。
打开文件时不会将文件的实际数据读入内存，只是将目录项信息载入打开文件表。
打开文件表
内存中存在两张打开文件表：
| 系统打开文件表 | 进程打开文件表 | |
|---|---|---|
| 数量 | 全局唯一一张 | 每个进程一张 |
| 记录内容 | 所有正在被进程使用的文件信息 | 该进程已打开的文件信息 |
| 特有字段 | 打开计数器（记录当前有几个进程打开了该文件） | 读写指针（记录当前读写进行到的位置）、访问权限（该进程打开时申请的操作类型） |
进程打开文件表中包含一个指向系统表对应表项的索引号，多个进程打开同一文件时各自持有独立的读写指针和权限，但共享系统表中的同一条记录。
打开计数器的作用：系统在删除文件前会先查系统打开文件表，若打开计数器 > 0（有进程正在使用），则拒绝删除（即 Windows 中「文件正在被占用，无法删除」的情形）。
为什么 read 之前需要先 open
1. 性能：setup 一次，操作多次
open 做的路径解析、权限检查、inode 查找是昂贵操作，只需执行一次。若合并进 read，读 1GB 文件分 1024 次就要解析 1024 次路径。
2. 状态持久：fd 携带偏移量等上下文
open 创建的 struct file 记录当前偏移量、访问模式、标志位（O_APPEND 等）。流式读取 while(read()) 依赖偏移量在多次调用间自动推进。合并后偏移量无处安放，无法接着上次的位置继续读。
3. 一开多用：fd 上不止 read
同一个 fd 可执行 read、write、lseek、fstat、mmap、flock 等多种操作。合并意味着每种操作都要重复路径解析逻辑，open_read、open_write、open_seek……反而更复杂。
4. 资源生命周期清晰
fd 是有边界的资源：open 创建、close 释放，支持引用计数和 dup/fork 共享，进程退出自动回收。read 是瞬时操作，不创建也不销毁资源，把资源管理揉进去会破坏生命周期模型。
5. 权限检查时机明确
经典 Unix 在 open 时检查一次权限，后续 read 不重复检查——"检查一次，多次使用"，兼顾安全与性能。合并后语义模糊。
6. 合并不会真的变简单
若在 read(path) 内部缓存解析结果，就需要带生命周期、引用计数、状态的对象来装它——这正是 fd 机制本身，等于重新发明一遍。
7. 这是 OS 通用范式
open→操作→close 是"建立会话→反复操作→释放"的通用模式，socket、数据库连接、GPU context 皆如此。文件只是其中一例。
8. 便利封装留给上层库
"一步读小文件"的需求由库兜底：Go 的 os.ReadFile、Python 的 pathlib.read_text()，内部仍是 open+read+close。内核保持分离，兼顾通用性与性能。
4. 关闭文件
系统做的三件事：
- 删除进程打开文件表中该文件对应的表项，回收相关内存缓冲区等资源；
- 将系统打开文件表中对应表项的打开计数器减 1；
- 若打开计数器减为 0，说明无进程再使用该文件，则删除系统打开文件表中的该表项。
5. 读文件
读写操作必须在文件已打开的前提下进行。
系统调用参数：文件描述符（打开文件表索引号）、读入数据量（如 1 KB）、目标内存地址。
系统操作：根据进程打开文件表中的读写指针找到外存对应位置，将指定大小的数据读入用户指定的内存区域，并更新读写指针。
只有 read 操作才会将文件的实际数据从外存读入内存。
6. 写文件
系统调用参数：文件描述符、写回数据量（如 1 KB）、源内存地址。
系统操作：从用户指定的内存区域读取指定大小的数据，写回到写指针所指向的外存位置，并更新写指针。
写文件与读文件流程对称，二者操作参数结构完全相同。
7. 小结
| 操作 | 是否访问外存目录 | 是否将文件数据读入内存 | 关键点 |
|---|---|---|---|
| 创建 | 写目录 | 否 | 分配磁盘块 + 插入目录项 |
| 删除 | 读+删目录 | 否 | 回收磁盘块 + 删除目录项 |
| 打开 | 读目录 | 否（仅复制目录项到打开文件表） | 权限检查；返回文件描述符 |
| 关闭 | 否 | 否 | 打开计数器 -1；归零时删系统表项 |
| 读 | 否（查打开文件表） | 是 | 依据读写指针定位外存数据 |
| 写 | 否（查打开文件表） | 否（内存→外存） | 依据写指针写回外存 |
最容易混淆的点：
- 打开文件 ≠ 读文件：open 只把目录项复制到内存打开文件表，不读取文件数据；read 才真正将文件数据从外存读入内存。
- 读写操作时用户只需提供文件描述符（打开文件表索引号），无需再提供文件名或路径。
- 文件描述符即进程打开文件表的索引号（序号），也称为"文件句柄"。
