操作系统第21讲剖析

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1、第六章 文件管理 第二十一讲 文件管理（三） 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 本次课程主要内容 目录管理 文件控制块和索引节点 目录结构 目录查询技术 文件存储空间的管理 空闲表法和空闲链表发 位示图法、成组链接 文件共享与文件保护 数据一致性控制 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 3 6.4 目 录 管 理 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 4 对目录管理的要求如下： (1) 实现“按名存取” (2) 提高对目录的检索速度。 (3) 文件共享。 (4) 允许文件重名。 第六章 文件

2、管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 5 6.4.1 文件控制块和索引结点 1文件控制块 为了能对系统中的大量文件施以有效的管理， 在文件控制块中，通常应含有三类信息，即基本信 息、存取控制信息及使用信息。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 6 1) 基本信息类 基本信息类包括: 文件名，指用于标识一个文件 的符号名。在每个系统中，每一个文件都必须有惟一的 名字，用户利用该名字进行存取。 文件物理位置，指 文件在外存上的存储位置，它包括存放文件的设备名、 文件在外存上的起始盘块号、指示文件所占用的盘块数 或字节数的文件长度。 文件逻辑结构，指示文件是流 式文件还

3、是记录式文件、记录数；文件是定长记录还是 变长记录等。 文件的物理结构，指示文件是顺序文件 ，还是链接式文件或索引文件。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 7 2) 存取控制信息类 存取控制信息类包括：文件主的存取权限、核 准用户的存取权限以及一般用户的存取权限。 3) 使用信息类 使用信息类包括: 文件的建立日期和时间、文 件上一次修改的日期和时间及当前使用信息(这项信 息包括当前已打开该文件的进程数、是否被其它进 程锁住、 在内存中是否已被修改但尚未拷贝到盘上 )。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 8 FCB的长度为32个字节，对于360

4、KB的软盘，总共 可包含112个FCB，共占3.5KB的存储空间 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 9 2索引结点 假如一个FCB为64 B，盘块大小为1 KB，则每个盘 块中只能存放16个FCB；若一个文件目录中共有640个 FCB，需占用40个盘块，故平均查找一个文件需启动磁 盘20次。 UNIX系统，采用了把文件名与文件描述信息分开 的办法，亦即，使文件描述信息单独形成一个称为索引 结点的数据结构，简称为i结点。在文件目录中的每个目 录项仅由文件名和指向该文件所对应的i结点的指针所构 成。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 10 在UNIX

5、系统中一个目录仅占16个字节，其中14个字 节是文件名，2个字节为i结点指针。在1 KB的盘块 中可做64个目录项，这样，为找到一个文件，可使 平均启动磁盘次数减少到原来的1/4，大大节省了系 统开销。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 11 2) 磁盘索引结点 这是存放在磁盘上的索引结点。每个文件有惟一的一个 磁盘索引结点，它主要包括以下内容： (1) 文件主标识符，即拥有该文件的个人或小组的标识 符。 (2) 文件类型，包括正规文件、目录文件或特别文件。 (3) 文件存取权限，指各类用户对该文件的存取权限。 (4) 文件物理地址，每一个索引结点中含有13个地址项 ，

6、即iaddr(0)iaddr(12)，它们以直接或间接方式给出数据 文件所在盘块的编号。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 12 (5) 文件长度，指以字节为单位的文件长度。 (6) 文件连接计数，表明在本文件系统中所有指 向该(文件的)文件名的指针计数。 (7) 文件存取时间，指本文件最近被进程存取的 时间、最近被修改的时间及索引结点最近被修改的 时间。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 13 3) 内存索引结点 这是存放在内存中的索引结点。当文件被打开时， 要将磁盘索引结点拷贝到内存的索引结点中，便于以后 使用。在内存索引结点中又增加了以下内

7、容： (1) 索引结点编号，用于标识内存索引结点。 (2) 状态，指示i结点是否上锁或被修改。 (3) 访问计数，每当有一进程要访问此i结点时，将 该访问计数加1，访问完再减1。 (4) 文件所属文件系统的逻辑设备号。 (5) 链接指针。设置有分别指向空闲链表和散列队 列的指针。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 14 6.4.2 目录结构 1单级目录结构 目录项中含文件名、文件扩展名、文件长度、 文件类型、文件物理地址以及其它文件属性。此外 ，为表明每个目录项是否空闲，又设置了一个状态 位。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 15 2两级目录

8、第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 16 3多级目录结构 1) 目录结构 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 17 2) 路径名 在图6-19 中用户B为访问文件J，应使用其路径 名/B/F/J来访问。 3) 当前目录(Current Directory) 如用户B的当前目录是F，则此时文件J的相对 路径名仅是J本身。这样，把从当前目录开始直到数 据文件为止所构成的路径名，称为相对路径名 (relative path name)；而把从树根开始的路径名称 为绝对路径名(absolute path name)。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算

9、机与通信工程学院 18 6.4.3 目录查询技术 1线性检索法 线性检索法又称为顺序检索法。在单级目录中 ，利用用户提供的文件名，用顺序查找法直接从文 件目录中找到指名文件的目录项。在树型目录中， 用户提供的文件名是由多个文件分量名组成的路径 名，此时须对多级目录进行查找。假定用户给定的 文件路径名是/usr/ast/mbox，则查找/usr/ast/mbox 文件的过程如图6-20所示。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 19 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 20 2Hash方法 如果我们建立了一张Hash索引文件目录，便可利用 Hash方法

10、进行查询，即系统利用用户提供的文件名 并将它变换为文件目录的索引值，再利用该索引值 到目录中去查找，这将显著地提高检索速度。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 21 6.5 文件存储空间的管理 6.5.1 空闲表法和空闲链表法 1空闲表法 1) 空闲表 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 22 2) 存储空间的分配与回收 空闲盘区的分配与内存的动态分配类似，同样是采 用首次适应算法、循环首次适应算法等。例如，在系统 为某新创建的文件分配空闲盘块时，先顺序地检索空闲 表的各表项，直至找到第一个其大小能满足要求的空闲 区，再将该盘区分配给用户(进程)，

11、同时修改空闲表。 系统在对用户所释放的存储空间进行回收时，也采取类 似于内存回收的方法，即要考虑回收区是否与空闲表中 插入点的前区和后区相邻接，对相邻接者应予以合并。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 23 2空闲链表法 空闲链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲 链。根据构成链所用基本元素的不同，可把链表分 成两种形式：空闲盘块链和空闲盘区链。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 24 6.5.2 位示图法 1位示图 位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个 盘块的使用情况。当其值为“0”时，表示对应的盘块 空闲；为“1”时，表示已分配。有的系统把“

12、0”作为 盘块已分配的标志，把“1”作为空闲标志。磁盘上的 所有盘块都有一个二进制位与之对应，这样，由所 有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 25 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 26 2盘块的分配 (1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为 “0”的二进制位(“0”表示空闲时)。 (2) 将所找到的一个或一组二进制位转换成与之相 应的盘块号。假定找到的其值为“0”的二进制位位于位 示图的第i行、第j列，则其相应的盘块号应按下式计算 ： (3) 修改位示图，令mapi,j=1。 b = n(i -

13、 1) + j 式中，n代表每行的位数。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 27 3盘块的回收 盘块的回收分两步： (1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号 和列号。转换公式为： (2) 修改位示图。令mapi,j =0。 i = (b - 1)DIV n + 1 j = (b - 1)MOD n + 1 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 28 6.5.3 成组链接法 1空闲盘块的组织 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 29 6.6 文件共享与文件保护 6.6.1 基于索引结点的共享方式 第六章 文件管理 东北大学秦

14、皇岛分校计算机与通信工程学院 30 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 31 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 32 6.6.2 利用符号链实现文件共享 为使B能共享C的一个文件F，可以由系统创建一个 LINK类型的新文件，也取名为F，并将F写入B的目录 中，以实现B的目录与文件F的链接。在新文件中只包含 被链接文件F的路径名。这样的链接方法被称为符号链 接(Symbolic Linking)。新文件中的路径名则只被看作是 符号链(Symbolic Link)，当B要访问被链接的文件F且正 要读LINK类新文件时，此要求将被OS截获，OS根据新 文

15、件中的路径名去读该文件，于是就实现了用户B对文 件F的共享。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 33 6.6.3 磁盘容错技术 影响文件安全性的主要因素有三： (1) 人为因素，即由于人们有意或无意的行为，而 使文件系统中的数据遭到破坏或丢失。 (2) 系统因素，即由于系统的某部分出现异常情况 ，而造成对数据的破坏或丢失。特别是作为数据存储介 质的磁盘，在出现故障或损坏时，会对文件系统的安全 性造成影响； (3) 自然因素，即存放在磁盘上的数据，随着时间 的推移将可能发生溢出或逐渐消失。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 34 为了确保文件系统的

16、安全性，可针对上述原因而采 取以下措施： (1) 通过存取控制机制来防止由人为因素所造成 的文件不安全性。 (2) 通过磁盘容错技术来防止由磁盘部分的故障 所造成的文件不安全性。 (3) 通过“后备系统”来防止由自然因素所造成的 不安全性。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院 35 1第一级容错技术SFT- 第一级容错技术(SFT-)是最基本的一种磁盘容错技术 ，主要用于防止因磁盘表面缺陷所造成的数据丢失。它包含 双份目录、双份文件分配表及写后读校验等措施。 1) 双份目录和双份文件分配表 在磁盘上存放的文件目录和文件分配表FAT，是文件管 理所用的重要数据结构。为了防止这些表格被破坏，可在不 同的磁盘上或在磁盘的不同区域中，分别建立(双份)目录表 和FAT。其中一份为主目录及主FAT；另一份为备份目录及 备份FAT。一旦由于磁盘表面缺陷而造成主文件目录或主 FAT的损坏时，系统便自动启用备份文件目录及备份FAT， 从而可以保证磁盘上的数据仍是可访问的。 第六章 文件管理 东北大学秦皇岛分校计算