《吉林大学操作系统课件第七章文件系统概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《吉林大学操作系统课件第七章文件系统概要（88页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 文件系统,7.1 文件与文件系统 文件 具有符号名而且在逻辑上具有完整意义的信息项的序列。 文件系统 文件与管理文件的程序集合。,UNIX文件分类,普通文件 内容可以是程序、数据、图象等，保存在磁盘块中 目录文件 (文件名，文件号)序列，保存在磁盘块中 特殊文件 设备 设备作为文件管理的好处 界面统一，使用文件与使用设备命令相同，申请设备open, 释放close, 读read, 写write 利用文件保护功能可以保护设备,7.2 文件的访问方式,顺序访问 从文件起始位置开始顺序访问 从文件中间某处开始顺序访问 随机访问 按记录编号随机访问 按关键字(key)随机访问,7.3 文件的组
2、织,逻辑组织 用户看到的文件组织形式 记录式文件：记录的序列 等长记录（优点：处理方便，速度快；缺点：空间浪费） 不等长记录（优点：省空间；缺点：处理不便，速度慢） 流式文件：字节的序列(UNIX, Windows, etc) 物理组织 逻辑组织到磁盘块的映射 文件：记录(字节)序列 磁盘：块(block)序列,变换关系,7.3.2 文件的物理组织,考虑因素 记录格式 等长或不等长, 流式不必考虑 空间开销 除保存文件内容之外的存储开销 访问速度 随机访问速度 长度变化 动态增长,顺序结构： 一个文件占有若干连续的磁盘块。 优点：速度快，节省空间 缺点：长度变化困难,链接结构： 一文件可存于不
3、连续块中，块间以指针相连。 优点：节省空间，长度变化容易。 缺点：随机访问速度慢。,索引结构： 一文件可存于不连续块中，块号记在索引块中。 优点：速度快，长度变化容易。 缺点：索引块占空间。,磁盘空间, 索引块=29 块数=4 .,FCB,索引块29,Hash结构： 计算地址： hash(key)=addr (在磁盘或文件中的存放位置) 问题：给定key1key2 hash(key1)=addr1; hash(key2)=addr2; addr1=addr2 (conflict) Conflict resolution: 顺序探查法： 如发生冲突，则在冲突位置开始顺序探查第一个空闲的存储位置。
4、,.,.,文件空间,Hash(key)=addr,起始位置,计算addr=hash(key),对应冲突记数加1,本记录空闲,顺取下一个,标记为占用 填记录内容,保存记录：,T,F,记录内容,查找记录：,计算addr=hash(key),取addr对应记录的冲突记数count,count=0,无此记录,本记录空闲,顺取下一记录,key相等,找到,hash(key)相等,count:=count-1,count=0,无此记录,顺取下一记录,T,F,F,T,T,F,T,F,T,F,删除记录：,调用查找过程(key),找到,错误返回,置空闲标志 (找到记录) 冲突记数-1 对应hash(key),特点
5、： 按关键字检索速度非常快。 用途： 常用于目录检索。 注意： 文件可循环使用，满时保存失败。,F,T,UNIX文件物理结构(索引+链接), i_addr0 . i_addr9 i_addr10 i_addr11 i_addr12 .,inode,.,.,.,.,.,.,.,最大=10+256+2562+2563(块),7.4 文件目录,文件控制块与目录项 文件控制块(FCB) 文件存在的标志，其中保存系统管理文件需要的全部信息 目录项 目录文件中的一项，内容为FCB 文件目录与目录文件 文件目录 用于检索文件的目录 目录文件 内容为目录项的文件,文件控制块FCB（File Control B
6、lock）,文件名 文件号 文件主 文件类型 文件属性 共享说明 文件长度 文件地址 建立日期 最后修改日期 最后访问日期 口令 其它,FCB创建：建立文件时 FCB撤消：删除文件时,单级目录(Single-Level Directory),A single directory for all users.,缺点: 1. Naming problem Grouping problem Protection problem,两级目录(Two-Level Directory),Separate directory for each user.,特点: 1. Path name 2. Can hav
7、e the same file name for different user 3. Efficient searching 4. No grouping capability,root,bin,usr,lib,dev,etc,unix,lp,cc,vi,users,Li,Wang,d1,d2,f1,console,passwd,bin,yacc,s,f2,多级目录(Multi-Level Directory as in UNIX),clib,flib,文件目录的查找,查找路径 由根目录开始查找 由当前目录开始查找 查找算法 顺序查找（UNIX） hash查找 对分查找（要求文件名排序）,文件
8、目录的改进,FCB 次部：(文件名, 文件号) (UNIX 16 bytes) 保存在目录文件中 主部：(其它, 链接记数) (UNIX 32 bytes) 保存在外存inode区域, 打开时读入内存. 改进的好处 可以提高查找速度(顺序查找) 可以实现文件链接(link),UNIX文件卷(volume)组织形式：,7.5 文件的共享,共享目的 节省存储空间 (cc,vi,yacc) 进程相互通讯 UNIX pipe() 文件共享模式 不同时使用 根据共享说明 同时使用 根据共享说明和(relaxed)R/W规则,文件的共享,文件共享的实现 公共目录 共享说明 连接,d1,link(“/usr
9、/users/wang/d1/f1”, “/usr/users/li/f2”) unlink(“/usr/users/wang/d1/f1”),usr,root,7.6 文件的保护、保密与安全,保护 防止用户对文件进行非授权的访问 保密 防止文件内容泄露 安全 防止文件被破坏 自然因素 人为因素,7.6.1文件的保护(Protection),File owner/creator should be able to control: what can be done by whom Types of access Read Write Execute Append Delete List,1.
10、存取控制矩阵,aij:,特点： 权限规定细，过于繁琐，占较多存储空间,2. 访问权限说 明（UNIX）i_mode,文件主判别：访问进程u_uid=i_uid 同组用户判别：访问进程u_gid=i_gid i_mode在创建文件时给出，creat(filename, mode) 其后文件主可以修改：chmod(filename, new_mode),7.6.2 文件保密,口令 使用 创建文件时用户规定一个口令，系统将其记在FCB中 访问文件要求给出口令，并与FCB中口令比较 特点 简单 保密性不强(eg. 对系统操作员不保密) 密码 特点 对文件内容加密，速度慢，效果好 使用 保存时加密(ke
11、y) 读取时解密(key),保存时： 用一个key启动一个随机数发生器，产生一个随机数序列，将其依此加到文件的各个字中。 读取时： 用同一个key启动同一个随机数发生器，产生相同随机数序列，将其依次由文件的各个字中减去。,线性同余法产生伪随机数： Procedure random(Var key:integer); Begin key:=(key*C1+C2)MOD C3 End;,7.6.3 文件系统的安全,Backup 定期将磁盘上文件复制到磁带上 发生故障时由磁带恢复(limited recovery) 实现方法 海量转储 定期将磁盘上文件全部复制到磁带上 增量转储 每次只复制修改部分
12、磁盘整理 利用转储和恢复可以对磁盘进行整理(使文件物理块连续，空闲盘块连续),7.7 文件系统的实现,7.7.1 内存所需表目 系统打开文件表(系统一个),7.7 文件系统的实现,7.7.1 内存所需表目 用户打开文件表(每个进程一个),文件描述符,7.7 文件系统的实现,FCB主部 文件号 共享计数 修改标志,系统打开文件表,2,文件描述符,文件描述符,用户打开文件表,15,外存空间的管理,空闲块表 空闲块链 字位映像图 UNIX:成组连接,空闲块管理(成组连接)： 100个空闲块为一组，组之间相互链接，最前面的组缓冲到内存。,.,.,.,.,特点：速度快，空间省。,空闲块管理： 申请时：
13、(1) s_nfree1, 取s_free-s_nfree; (2) s_nfree=1, 将s_free0所指连接块读入内存,分配s_free0. 释放时: (1) s_nfree100, s_frees_nfree+=释放块号; (2) s_nfree=100, 将s_nfree和s_free拷贝到释放块中, 将该块号记录到s_free0, 写回外存, s_nfree=1,7.8 文件系统的界面,创建文件 命令形式:creat(path_name, fcb_args) 参数说明 Path_name: 文件路径名 Fcb_args: FCB参数 执行步骤: (1) 为此文件分配一个FCB主部
14、,初始化 (2) 将文件名和文件号作为FCB次部填到末级目录中 (3) 以写方式打开 例如: creat(“/usr/li/d1/f1”, mode),7.8 文件系统的界面,打开文件 命令形式: fd=open(path_name, mode) 参数说明 path_name: 文件路径名; mode: 打开方式. 执行步骤 (1) 根据文件路径名查目录找到FCB主部; (2) 合法性检查(根据打开方式、共享说明、用户身份); (3) 根据文件号查系统打开文件表看该文件是否已被打开, 如是共享计数加1; 否则取一个空闲的系统打开文件表项并将外存中 FCB主部等信息填入此表项, 共享计数置为1;
15、 (4) 在用户打开文件表中取一空表项, 填写打开方式和读写指针, 并指向系统打开文件表的对应表项. 返回信息: fd: 文件描述符(在用户打开文件表中的入口), 它是一个非负整数.,7.8 文件系统的界面,关闭文件 命令形式: close(fd) 参数说明 fd: 文件描述符. 执行步骤: (1) 由fd查用户打开文件表, 找到系统打开文件表入口; (2) 系统打开文件表中共享计数减1, 如减1后的值为0且修改标志为1, 则将此FCB 由内存写回外存FCB主部; (3) 将fd所对应的用户打开文件表项置为空闲.,7.8 文件系统的界面,指针定位 命令形式: seek(fd,offset) 参
16、数说明: fd: 文件描述符; offset: 新的指针位置. 执行步骤: (1) 由fd查用户打开文件表, 找到对应的入口; (2) 检查参数合法性； (3) 将用户打开文件表中文件读写指针位置设定为offset, 后继读写命令由该指针处存取文件内容.,7.8 文件系统的界面,读文件 命令形式: read(fd,nrd,buf) 参数说明: fd: 文件描述符; nrd: 读入记录个数; buf: 内存起始位置. 步骤: (1) 由fd查用户打开文件表, 找到对应的入口; (2) 合法性检查(用户打开文件表中所记录的打开方式、存取方式); (3) 查系统打开文件表, 找到文件的地址; (4) 计算欲访问起始记录的位置(offset, 物理结
