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1、第八章 文件系统8.1文件系统的概念一、文件的引入图7.1 操作系统的软硬件管理,(1) 使用现有的软件资源来协助完成自己的任务。 例如， 编辑、 编译及链接程序来生成目标代码； 利用系统调用库函数与实用程序来减少编程工作, 避开与硬件有关的部分等。(2) 编制完成的或未完成的程序存放在什么地方,需要访问的数据存放在什么地方，从而使得人们可以再利用已有的软件资源。 事实上，这两个问题是一个怎样对软件资源（程序和数据）进行透明存放，并能令这些程序和数据做到召之即来的问题。,大容量直接存取的磁盘存储器以及顺序存取的磁带存储器等的出现，为程序和数据等软件资源的透明存取提供了物质基础。 这导致了对软件
2、资源管理质的飞跃文件系统的出现。文件系统把相应的程序和数据看作文件，并把它们存放在磁盘或磁带等大容量存储介质上，从而做到对程序和数据的透明存取。,透明存取：指不必了解文件存放的物理结构和查找方法等与存取介质有关的部分，只需给定一个代表某段程序或数据的文件名，文件系统就会自动地完成对与给定文件名相对应文件的有关操作。,二、文件1、定义：具有符号名字的一组信息序列，称为一个文件。 文件代表广泛的内容，各种程序、数据、文字、图表以及外部设备都可以看作文件来处理。2、分类： 按照性质和用途将文件分为：系统文件、用户文件、库文件； 按照组织形式分为：普通文件、目录文件、特殊文件；,3、文件的属性：,文件
3、名，文件类型，文件长度，创建者，创建时间，修改时间，文件定位信息 ，权限信息，文件所包含的信息等。,三、文件系统1、定义：操作系统中，管理文件的软件机构即程序、数据等，称为文件系统。其主要任务是完成用户对文件的按名存取。2、文件系统要做的工作： A、对文件进行组织，形成文件结构，包括逻辑结构和物理结构。 B、形成文件目录结构，以便于查找文件。 C、对文件存储空间(如磁盘空间)进行管理。 D、确定文件的存取方式。 E、实现文件的保护、保密和共享。 F、提供用户使用文件系统的手段和方法。,8.2 文件的逻辑结构与存取方法一、逻辑结构：1、定义：文件的逻辑结构是指，由用户给定的文件形式，即呈现在用户
4、面前的文件面貌。如学生的成绩表。2、结构形式： A、字符流形式。 B、记录式：文件由记录组成，也以记录为单位进行存取。,常见的记录式结构文件有：连续结构多重结构转置结构顺序结构,记录式文件1：连续结构,连续结构 把记录按生成的先后顺序连续排列 特点 适用性强，可用于所有文件 记录的排列顺序与记录的内容无关，有利于记录的追加与变更。缺点 连续结构文件的搜索性能较差，在要找出某个指定键的记录时，系统必须对文件全部记录进行搜索。,记录式文件2：多重结构,多重结构并以键Ki为队首，以包含键Ki的记录为队列元素来构成一个记录队列。对于一个有m个键的队列来说，这样的队列有m个。这m个队列构成了该文件的多重
5、结构(multi_list) ,如下图。 查找方式:在查找某一特定记录时，必须在找到该记录所对应的键之后，再在该键所对应的队列中顺序查找。,记录式文件3：转置结构,转置结构 把含有相同键的记录指针全部指向该键，即把所有与同一键对应的记录的指针连续地置于目录中该键的位置下。特点：最适合于给定键后的记录搜索。,记录式文件4：顺序结构,顺序结构 对记录按照某种优先顺序（比如字母顺序）首先进行排序 如果系统要求按某种优先顺序来搜索或追加、删除记录，则最好采用顺序结构。,二、存取（访问）方法：1、文件的存取方法是指：按照文件的逻辑结构存取文件的形式。2、形式： A、顺序存取 B、直接存取(随机存取) C
6、、按键存取,3、存取形式取决于?,A、数据格式（逻辑结构）B、存储设备C、物理结构（存储方式）,顺序存取法,顺序存取是按照文件的逻辑地址顺序存取。在记录式文件中，这反映为按记录的排列顺序来存取，例如，若当前读取的记录为Ri，则下一次读取的记录被自动地确定为Ri的下一个相邻的记录Ri+1。在无结构的字符流文件中，顺序存取反映当前读写指针的变化。在存取完一段信息之后，读写指针自动加或减去该段信息长度，以便指出下次存取时的位置。,随机存取（直接存取）法,随机存取法:允许用户根据记录的编号来存取文件的任一记录，或者是根据存取命令把读写指针移到欲读写处来读写。,随机存取,定长记录的顺序文件，第i个记录的
7、首地址为：Rptraddr i L 其中addr是该文件的首地址，L为记录长度。变长记录的文件，通常采用索引文件的方式组织，由于索引表本身是定长的，也可以采用同样的方法，先用直接存取法在索引表中找，再找到具体对应的地址。,按关键字存取,按键存取法实质上是直接存取法，它不是根据记录编号或地址来存取，而是根据文件记录中的关键字(通常称为键)经过某种方法计算处理，转换成相应的物理地址后进行存取；它被广泛用于现代操作系统和数据库管理系统中的数据查找。,8.3 文件的物理结构与存储设备一、物理结构1、定义：文件的物理结构是指文件在文件存储器上的存放方式，是由操作系统给定的。2、形式： A、连续存放方式连
8、续文件：逻辑上连续的文件放在连续的存储器中。,B、链接块存放方式串联文件： 逻辑上连续的程序，放在非连续的物理块中，将物理块链成一个串联队列，便于插入和删除记录。,C、索引表形式索引文件：逻辑上连续的程序放在不连续的磁盘之中。通过一个索引表，指出逻辑记录和物理块的对应关系，便于直接存取。,多重索引：多重索引便于增加文件的长度。,二、文件存储设备设备分类：顺序存储： 磁带直接存储：主要是磁盘和光盘。主要介绍磁盘。,8.4 文件存储空间管理文件存储管理是指对空闲块的组织和管理，通常有空闲文件目录法、位示图法和空闲块链接法。一、位示图法： 用一个字的一位代表一个磁盘块，当该位为0时表示该块空闲。,二
9、、空闲文件目录空白文件：一个连续的未分配区域（可能包含若干个空闲块）空白文件目录： 维护所有空白文件的表结构,三、空闲块链接法1、单块链接 把所有空闲块用指针链接起来，从链头分配从链尾插入。2、成组链接法 A、把磁盘中所有空闲块，按一定数量分为小组，组与组之间进行连接，小组从后向前顺次划分，每组的第一块存放前一组中各块的块号和总块数。,B、空闲块的分配查L单元内容(空闲块总数)：当空闲块数1 iL空闲块总数(把i作主存地址)； 从i单元得到一空闲块号； 该块分配给申请者； 空闲块总数减1；当空闲块1 取出L+1单元内容(一组的第一块块号)； 其值0，无空闲块，申请者等待； 否则，将该块中内容复
10、制到专用块； 该块分配给申请者； 把专用块内容读到主存L开始的区域。,C、归还块取L单元的空闲块总数当块数100空闲块总数1；jL空闲块数(j作主存地址)归还块号填入j单元。当块数100把主存中登记的信息写入归还块中；把归还块号填入L1单元；将L单元置1。,8.5 文件目录管理一、文件控制块（FCB） 文件文件说明文件体 为了便于管理文件，系统为每个文件建立了一张登记表称为文件说明或文件控制块。其主要内容有，文件名、文件存放地址、文件的结构形式、文件主、合作用户、建立文件的日期等等。,一级目录不能解决文件重名问题。,1. 文件控制块的集合就是文件目录。最简单的文件目录是一级目录。,二、文件目录
11、,1. 单级目录结构在操作系统中构造一张线性表，与每个文件有关的属性占用一个目录项就构成单级目录结构。缺点：重名问题难以实现文件共享,文件1,文件2,文件N,二级目录和多级目录A 二级目录,二级目录便于解决文件重名和共享。,B 多级目录多级目录层次清楚，查找速度快，也便于解决重名和共享问题。,三种方法,从系统管理的观点看，有三种方法可以实现文件共享。即：(1) 绕道法(2) 链接法(3) 基本文件目录表 BFD,三、文件共享,绕道法,绕道法：由系统目录实现对文件的共享，用户通过全路径名共享地访问这些文件。缺点：效率不高,链接法,在相应目录表之间进行链接。在用户自己的目录项中将链接指针直接指向被
12、共享文件所在的目录。,a,三. 便于共享的目录组织,四、目录管理 由于文件成百上千，就有成百上千个文件控制块，组成的文件目录也很庞大，为了便于管理文件目录，把文件目录也组织成文件放在磁盘上，叫目录文件。 当使用某个文件时，将有关目录调入内存，叫打开文件。其目的是加快读写文件的速度。 当文件使用完以后，将有关目录送回磁盘，叫关闭文件。其目的是节省内存空间。,8.6 文件存取控制一、文件的保护 1、定义：防止文件主人和其他用户有意无意的破坏文件。 2、保护文件的办法是：转存。二、文件的保密 1、定义：防止不诚实的用户盗用文件 2、文件保密的方法,A、存取控制矩阵B、存取控制表,C、口令D、加密,8
13、.7 文件的使用文件系统以系统调用方式或命令方式为用户提供以下服务：1、设置和修改用户权限。2、建立、改变、删除文件目录。3、共享、设置访问路径。4、建立、打开、读写、关闭、复制以及撤销文件。,8.8 文件系统的层次模型,例1： 假设一个硬盘有3个盘片，共4个记录面，转速为7200r/min,盘面有效记录区域 的外直径为30cm，内直径为10cm，记录位密度为250b/mm，磁道密度为8道/mm， 每磁道分16个扇区，每扇区512字节，试计算该磁盘的非格式化容量，格式化容量 和数据传输率。答： 非格式化容量=最大位密度最内圈周长总磁道数 最内圈周长=100*3.1416=314.16mm 每记录面的磁道数=(150-50)8=800道； 因此，每记录面的非格式化容量=314.16250800/8=7.5M 格式化容量=每道扇区数扇区容量总磁道数=165128004/1024/1024=25M 硬盘平均数据传输率公式：平均数据传输率=每道扇区数扇区容量盘片转速=165127200/60=960kb/s注：解这类题关键是要注意单位的换算。,
