湘潭大学 操作系统 第7章课件 ppt

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1、1 计算机操作系统 第7章文件管理 2 目 录 l7.1 概述 l7.2 文件结构 l7.3 文件目录 l7.4 文件共享和安全 3 教学目的 l了解文件系统的概念、文件的使用、文件系统 的层次模型。 l掌握文件系统的基本概念和实现过程。 l掌握文件的逻辑结构、物理组织及对不同类型 文件的存取方法。 l掌握文件目录查询方法、文件共享及安全 4 文件管理 l计算机中使用到的大量数据和程序，都以文件的形式 存放在外存当中，需要使用时才将其调入内存。 l要对外存上的大量文件进行有效管理，不仅要熟悉外 存的特性，还要了解文件的各种属性以及它们在外存 当中的位置，并且在多用户环境下，还要能保证数据 的安

2、全性和一致性。 l操作系统为文件管理的承担者，专门负责管理在外存 上的文件，并把对文件的存取、共享和保护等手段提 供给用户。 l即方便了用户、保证了文件的安全性，还有效的提高 了系统资源的利用率。 5 7.1 概述 l文件系统是指计算机存储设备上组织文件的方法，是 操作系统用于明确存储设备或分区上的文件的方法和 数据结构。具体地说，操作系统中负责管理和存储文 件信息的软件模块被称为文件管理系统，简称文件系 统。 6 7.1 概述 l文件系统由三部分组成：与文件管理有关软件、被管 理文件以及实施文件管理所需数据结构。 l从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间 进行组织和分配，负责文件存储

3、并对存入的文件进行 保护和检索的系统。 l从功能角度来看，它负责为用户建立文件，读出、存 入、修改、转存文件，控制文件的存取，当用户不再 使用时撤销文件等。 7 7.1.1 文件 文件系统的管理功能是将其管理的程序和数据通过组织 为一系列文件的方式实现的。而文件则是指具有文件名 的若干相关元素的集合。元素通常是记录，而记录又是 一组有意义的数据项的集合。可见，基于文件系统的概 念，可以把数据组成分为数据项、记录和文件三级。 7.1.1 文件 1. 数据项 在文件系统中，数据项是最低级的数据组织形式 ，可把它分成以下两种类型： (1) 基本数据项。用于描述一个对象的某种属性的 字符集，是数据组织

4、中可以命名的最小逻辑数据单位 ，又称为数据元素或字段。 例如描述学生的基本数据 项有：学号、年级等等。 (2) 组合数据项。由若干个基本数据项组成，简称 组项。例如工资这个组项就由基本工资、绩效工资、 奖励工资等组成。 7.1.1 文件 2. 记录 记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对 象在某方面的属性。一个记录应包含哪些数据项，取 决于需要描述对象的哪个方面。由于对象所处的环境 不同可把他作为不同的对象。 在诸多记录中，为了能唯一地标识一个记录，必 须在记录的各个数据项中，确定其中的一个或几个项 ，把他们的集合称为关键字。也即，关键字是能唯一 标识一个记录的数据项集。 7.1.1 文件

5、 3. 文件 文件是指由创建者所定义的、具有文件名的一组 相关元素的集合，可分为有结构文件和无结构文件两 种。在有结构文件中，文件由若干相关记录组成，无 结构文件则被看成是一个字符流。文件在文件系统中 是一个最大的数据单位，描述了一个对象集。一个文 件必须要有一个文件名，用户利用文件名来访问文件 。 文件具有自己的属性，属性可包括：文件类型、 文件长度、文件的物理位置、文件的建立时间。 文件、记录和数据项之间的层次关系 文件名和扩展名 (1) 文件名。是一个字符串，用以标识一个特定的 数据集合。不同的OS对文件名的命名要求不一样。 (2) 扩展名。是添加在文件名后面的若干个附加字 符，又称为后

6、缀名，用于指示文件的类型，是文件名 的组成部分。在大多数OS中，用“.”将文件名和后缀名 分隔开。 文件类型 1) 按文件的用途分类 (1) 系统文件，这是指由系统软件构成的文件。大 多数的系统文件只允许用户调用，但不允许用户去读 ，更不允许修改；有的系统文件不直接对用户开放。 (2) 用户文件，指由用户的源代码、目标文件、可 执行文件或数据等所构成的文件。用户将这些文件委 托给系统保管。 (3) 库函数文件，这是由标准子例程及常用的例程 等所构成的文件。这类文件允许用户调用，但不允许 修改。 文件类型 2) 按文件的组织形式分类 (1) 普通文件。普通文件主要是指文件的组织格式 为文件系统所

7、规定的最一般格式的文件，例如由字符 流组成的文件。 (2) 目录文件。目录文件是由文件的目录构成的特 殊文件，是用来管理和实现文件系统功能的系统文件 。 (3) 特殊文件。特指系统中的各类I/O设备。这些 特殊文件的使用是和设备驱动程序紧密相连的。操作 系统会把对特殊文件的操作转成为对应设备的操作。 文件类型 3) 按文件中数据形式分类 (1) 源文件，这是指由源程序和数据构成的文件。 通常，由终端或输入设备输入的源程序和数据所形成 的文件都属于源文件。它通常是由ASCII码或汉字所组 成的。 (2) 目标文件，这是指把源程序经过编译程序编译 过，但尚未经过链接程序链接的目标代码所构成的文 件

8、。目标文件所使用的后缀名是“.obj”。 (3) 可执行文件，这是指把编译后所产生的目标代 码经过链接程序链接后所形成的文件。其后缀名是 .exe。 文件类型 4) 按存取控制属性分类 根据系统管理员或用户所规定的存取控制属性， 可将文件分为三类： (1) 只执行文件，该类文件只允许被核准的用户调 用执行，不允许读和写。 (2) 只读文件，该类文件只允许文件主及被核准的 用户去读，不允许写。 (3) 读写文件，这是指允许文件主和被核准的用户 去读或写的文件。 17 7.1.2 文件系统 操作系统中负责管理和存储文件信息的软件模 块被称为文件系统。 文件系统是计算机组织、存取和保存信息的重 要手

9、段，负责文件的创建、撤销、读写、修改、复 制和存取控制等，它管理存放文件的各种资源，并 且还负责对文件进行按名存取控制。 18 图 7.1 文件系统模型 7.1.2 文件系统 19 文件系统的层次结构 文件系统是指含有大量的文件及其属性的说明，对 文件进行操纵和管理的软件，以及向用户提供使用文件 的接口等的集合。 文件系统接口 逻辑文件系统 基本I/O管理程序（文件组织模块） 基本文件系统（物理I/O层） I/O控制层（设备驱动程序） 对象及其属性说明 对对象操纵 和管理的 软件集合 （1）文件，文件管理的直接对象。 （2）目录，对目录的组织和管理，是方便用户和 提高文件存取速度的关键。 （3

10、）磁盘（带）存储空间。 文件系统的核心部分。文件 系统的大部分功能，都是在 这一层实现。 通过接口提供了一组对 文件和记录操作的方法 和手段，包括命令接口 和程序接口两类。 文件系统的最底层，主要 由磁盘（磁带）驱动程序组成。 主要用于处理内存与 磁盘(带)机系统之间 数据块的交换。 完成与磁盘I/O有关的大量事务， 有：选择文件所在设备；进行文 件逻辑块号到物理块号的转换； 空闲盘块的管理；I/O缓冲的制定 。 处理文件和记录 的相关操作。 20 7.1.2 文件系统 l引入文件和文件系统后，所有的程序和信息都以文件 的形式存放在计算机中。文件系统负责管理这些文件 ，并把对文件的存取、共享和

11、保护等手段通过操作系 统提供给用户。文件系统的有以下优点： l（1）使用的方便性。文件系统具有按名存取的功能， 能够对文件和文件目录实施有效的管理，用户不再需 要考虑文件的存储空间的分配。 l（2）较强的数据安全性。文件系统提供各种文件保护 和共享措施，防止对文件的意外或有意的破坏。 l（3）接口的统一性。文件系统具有统一的接口，用户 可以利用统一的广义指令和系统调用存取各种介质上 的文件，对文件的操作简单、直观，脱离了对存储介 质的依赖。 文件操作 1. 最基本的文件操作 最基本的文件操作包含下述内容： (1) 创建文件。 (2) 删除文件。 (3) 读文件。 (4) 写文件。 (5) 设置

12、文件的读/写位置。 文件操作 2. 文件的“打开”和“关闭”操作 当前OS提供的大多数对文件的操作，其过程大致分为 两步：第一步是通过检索文件目录来找到指定文件的属性 及其在外存上的位置；第二步是对文件实施相应的操作。 为了避免多次重复地检索目录，引入“打开”(open)这一文件 系统调用。 所谓“打开”是指在用户和指定文件之间建立起一个链 接。此后，用户可通过该连接直接得到文件信息，从而避 免了再次通过目录检索文件。同样，如果用户已不再需要 对该文件实施相应的操作，可以利用“关闭”(close)系统调 用关闭文件，既断开此链接，OS将把该文件从打开文件表 中的表目上删除掉。 23 7.2 文

13、件结构 文件系统的设计者从不同的角度研究文件的结构，根 据视点的不同将文件的结构分为逻辑结构和物理结构。 (1) 逻辑结构是指一个文件在用户面前所呈现的形式 ，它主要为用户提供一种逻辑结构清晰、使用简便的逻辑 文件，用户将按这种形式去存取、检索和加工文件。 (2) 文件的物理结构是指文件在文件存储介质上的存 储形式，主要研究驻留在存储介质上的文件的存储结构， 选择一些工作性能良好、设备利用率高的物理结构。 24 7.2.1 逻辑结构 逻辑文件从结构上分成二种形式： (1) 无结构的字符流式文件。 这是一种无结构文件，构成文件的基本单位是字 符，文件是有逻辑意义的、无结构的一串字符的集合 ，其内

14、部不再划分结构。这可以理解为字符是该文件 的基本信息单位，也可以将流式文件看成是记录式文 件的特例。这种文件的优点是节省存储空间。在这种 文件中无须额外的辅助信息和控制信息。文件的所有 意义必须由用户层的程序来定义，这就给用户提供了 最大的灵活性。 25 7.2.1 逻辑结构 (2) 有结构的记录式文件。 有结构的记录式文件是一种结构文件。由若干个 记录组成，用户以记录为单位来组织信息。每个记录 都用于描述实体集中的一个实体，各记录着相同或不 同数目的数据项。记录长度可以分为定长和不定长两 类。 定长记录。文件中所有记录的长度相同。 变长记录。文件中所有记录的长度不同。 26 7.2.1 逻辑

15、结构 l相对字符流式文件而言，记录式文件的使用不太方便 ，尤其是变长记录文件。 l在记录式文件中还要有说明记录长度的信息，这就会 产生一些额外的存储开销。 l对于字符流的无结构文件来说，查找文件中的基本信 息单位是比较困难的。但是，字符流的无结构文件管 理简单，用户可以方便地对其进行操作。对基本信息 单位操作不多的文件较适于采用字符流的无结构方式 。 l除了字符流的无结构方式外，记录式的有结构文件可 把文件中的记录按各种不同的方式排列，构成不同的 逻辑结构，以便用户对文件中的记录进行修改、追加 、查找和管理等操作。 27 7.2.1 逻辑结构 选取文件的逻辑结构应遵循下述原则： l当用户对文件

16、信息进行修改操作时，给定的逻辑结构 应能尽量减少对已存储好的文件信息的变动。 l应能提高检索速度,当用户需要对文件信息进行操作时 ，给定的逻辑结构应使文件系统在尽可能短的时间内 查找到需要查找的记录或基本信息单位。 l要降低文件信息占据的存储空间。 l要方便用户操作。 28 7.2.2 物理结构 文件的物理结构又称存储结构，是指文件在存储器上的存 储组织形式，文件采用怎样的物理结构与存储介质的存储特性 有关。 用户看到的是逻辑文件，处理的是逻辑记录，按照逻辑文 件形式去存储、检索和加工有关的文件信息，也就是说数据的 逻辑结构和组织是面向应用程序的。但这种逻辑上的文件总得 以不同方式保存到物理存储设备，所以，文