操作系统原理ppt电子课件教案-第九章 文件系统

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1、*1第九章第九章 文件系统文件系统(一) 文件系统的基本概念 (二) 文件的逻辑结构与存取方法 (三) 文件的物理结构 (四) 文件目录结构 (五) 文件的共享与保护 (六) 文件操作2( (一) 文件系统的基本概念一、文件 1. 什么是文件 文件是在逻辑上具有完整意义的信息集合，它有一 个名字以供标识，文件名是有若干约束的字符串。构成文件的基本单位信息项(单个字符或字节)记录文件是具有符号名的信息(数据)项的集合文件是具有符号名的记录的集合32. 文件分类(1) 按文件的性质和用途系统文件程序库文件用户文件 (2) 按保护级别不保护文件执行文件只读文件读写文件(3) 按文件流向输入文件输出文

2、件输入输出文件43. 文件名与属性(1) 文件名用户使用文件名存取文件 系统使用文件内部标识符管理文件 (2) 文件扩展 文件扩展表示了文件的使用特征 如：.c .obj .lib 等 (3) 文件属性 文件的属性字，表示文件类别、保护级等信息。5二、文件系统1. 什么是文件系统 文件系统是操作系统中负责管理和存取文件 信息的软件机构。包括： 管理文件所需的数据结构 (如目录表、文 件控制块、存储分配表) 管理程序一组操作62. 文件系统的功能(1) 从用户角度看 文件系统实现了“按名存取”的功能 (2) 从系统角度看 文件系统负责：辅存空间管理，文件的存储构造文件结构提供存取文件的方法提供文

3、件共享功能对存入的文件进行保护提供一组文件操作命令72. 文件系统的功能（续）(3) 文件系统的特点使用简单 使用文件名、一组文件操作命令。安全可靠 提供防护措施，在文件遭受破坏时能及时复原。既能共享，又能保密 身份验证、存取权限验证。 把数据组织成文件形式加以管理和控制是计算机数 据管理的重大发展。8(二) 文件的逻辑结构与存取方法一、文件的两种结构1. 文件的逻辑结构(1) 什么是文件的逻辑结构 从用户角度看到的文件面貌。即用户对信息进行逻 辑组织形成的文件结构。 (2) 研究文件逻辑结构的目的 为用户提供一种逻辑结构清晰、使用简便的逻辑文 件形式。 用户按文件的逻辑结构形式去存储、检索和

4、加工文 件中的信息。9一、文件的两种结构（续）2. 文件的物理结构(1) 什么是文件的物理结构 文件的物理结构是信息在物理存储器上的存储方式， 是数据的物理表示和组织。 (2) 研究文件物理结构的目的 选择工作性能良好、设备利用率高的物理文件形式。 系统按照文件的物理结构形式和外部设备打交道，控 制信息的传输。10一、文件的两种结构（续）3. 逻辑记录与物理记录(磁盘块) (1) 逻辑记录逻辑记录是文件中按信息在逻辑上的独立含义来 划分的信息单位。逻辑记录是对文件进行存取操作的基本单位。 (2) 物理记录在存储介质上，由连续信息所组成的一个区域称 为块，也叫物理记录。 (3) 逻辑记录与物理记

5、录的区别与关系 一个是逻辑的概念，一个是物理的概念 逻辑记录最终在存放到物理记录上11从用户使用观点来看，关心数据的逻辑结构 ，即记录及其逻辑关系，数据独立于物理环 境；从系统实现观点来看，关心数据的物理结构 ，数据被文件系统按照某种规则排列和存放 到物理存储介质上。12二、文件的逻辑结构1. 流式文件流式文件是相关的有序字符的集合，是无结构的 。流式文件是按信息的个数或以特殊字符为界进行 存取的。文件内的数据不再组成记录，只是依次的一串信 息集合，可以看成是只有一个记录的记录式文件 。文件常按长度来读取所需信息，也可用插入特殊 字符作为分界。13二、文件的逻辑结构（续）2. 记录式文件记录式

6、文件是一种有结构的文件。这种文件在逻 辑上总是被看成一组连续顺序的记录的集合。记录可分为定长记录与变长记录。逻辑记录的概念被应用于许多场合，特别象数据 库管理系统中已是必不可少的了。14二、文件的逻辑结构（续）3、两种文件的比较流式文件就象给一张白纸给用户，用户可将他的 信息任意地写到纸上，没有任何格式上的限制。记录式文件就象给一张表格给用户，用户要按表 规定的格式填信息。15三、文件的存取方法1. 顺序存取后一次存取总是在前一次存取的基础上进行的 。顺序存取时不必给出具体的存取位置。 2. 随机存取用户以任意次序请求某个记录。随机存取时要指出起始存取位置(例如记录号、 字符序号)。16(三)

7、 文件的物理结构基本概念 卷 卷是存储介质的物理单位。 文件和卷单文件卷多文件卷多卷文件多卷多文件17块块是存储介质上连续信息所组成的一 个区域，也叫物理记录。 块是主存储器和辅助存储设备信息交换的物 理单位，每次交换一块或整数块。 决定块的大小要考虑到用户使用方式、数据 传输效率和存储设备类型等多种因素。 不同类型的存储介质，块的长短常常各不相 同；同一类型的存储介质，块的长短也可以 不同。 间隙是块之间不记录用户代码信息的区域。1819逻辑记录和块的关系逻辑记录是按信息在逻辑上的独立含义划分 的单位，块是存储介质上连续信息所组成的 区域。 一个逻辑记录被存放到文件存储器的存储介 质上时，可

8、能占用一块或多块，也可以一个 物理块包含多个逻辑记录。 文件比作书，逻辑记录比作书中的章节，那 么，卷是册而块是页。 书和章节相当于文件和逻辑记录，是逻辑概 念；而册和页相当于卷和块，是物理概念。20(三) 文件的物理结构（续）文件的物理结构描述了文件在辅存上安置、 链接和编目的方法。常用的文件物理结构有： 连续文件 串联文件 索引文件21一、连续文件1. 什么是连续文件 连续文件结构是由一组分配在磁盘连续区域的物理 块组成的。文件A 3 100r0 r1 r2 磁盘块号 100101102文件目录文件A 目录项22一、连续文件（续）2. 连续文件的特点 连续存取时速度较快 文件长度一经固定便

9、不易改变 文件的增生和扩充不易问题：在连续文件结构下，当要存取记录Ri 时，应如何操作？23二、串联文件1. 什么是串联文件 串联文件结构是按顺序由串联的块组成的， 即文件的信息存于若干块物理块中，每个物 理块的最末一个字作为链接字，它指出后继 块的物理地址。文件的最后一块的链接字为 结束标记“”，它表示文件至本块结束。24二、串联文件（续）2. 串联文件的结构 文件A 100r157r2r0150磁盘块号100磁盘块号150磁盘块号57文件目录文件A 目录项25二、串联文件（续）3. 串联文件的特点能较好地利用辅存空间易于对文件进行增生和扩充连续存取时速度较快问题：在串联文件结构下，当要存取

10、记录Ri 时，应如何操作？26三、文件映照为了克服链接文件的存取效率太低的问题， 人们提出文件映照的技术，即把链接文件中 的链接字集中在一结构中，这样既保持了链 接文件的优点，也克服了其缺点，DOS、 WINDOWS系统就采用了这样结构。27FAT：文件分配表，磁 盘格式化后建立，从磁盘 的第二个扇区开始，有两 个相同的FAT。磁盘的类型 ： FDF，双面， FCH，单面（9扇区/磁道 ） F8H，硬盘 000H：空闲簇 FFFH：文件的结尾簇 XXXH：文件的下一簇28四、索引文件1. 什么是索引文件系统为每个文件建立逻辑块号与物理块号的 对照表。这张表称为该文件的索引表。文件 由数据文件和

11、索引表构成。这种文件称为索 引文件。29四、索引文件（续）2. 索引文件结构文件A索引表指针文件A 目录项r0r1文件目录逻辑块号 物理块号0 231 192 263 29r2r3磁盘块号23磁盘块号19磁盘块号26磁盘块号29文件索引表30四、索引文件（续）3. 索引文件的操作 索引文件在存储区中占两个区：索引区和数 据区。索引区存放索引表，数据区存放数据 文件本身。 访问索引文件需要两步操作查文件索引，由逻辑块号查得物理块号由此磁盘物理块号而获得所要求的信息31四、索引文件（续）4. 索引文件的特点易于文件的增删直接读写任意记录 5. 索引表的组织多级索引 假设一个物理块的大小为512b，

12、一个索引项占用 2个字节，则一个索引块最多可容纳256个索引项 。若每个索引项直接指向数据块，则该文件的最 大可占用256块，即256512128kb。显然实际 应用中很多文件都超出了这个长度。3233几种文件物理结构的比较连续文件的优点是不需要额外的空间开销， 只要在文件目录中指出文件的大小和首块的 块号即可，对顺序的访问效率很高。适应于 顺序存取。缺点是动态地增长和缩小系统开 销很大；文件创建时要求用户提供文件的大 小；存储空间浪费较大。34串联文件克服了连续文件的不足之处，但文 件的随机访问系统开销较大。适应于顺序访 问的文件。DOS及WINDOWS系统中改造了串联文件的 结构，使其克服

13、了串联文件的不足，但增加 了系统的危险性。35索引文件既适应于顺序存访问，也适应于随 机访问，是一种比较 好的文件物理结构，但 要有用于索引表的空间开销和文件索引的时 间开销。UNIX系统是使用索引结构成功的 例子,在当前流行的一些UNIX操作系统的版 本中，同时支持连续文件结构和索引文件结 构。36存储介质 物理结构存取方式磁带 连续结构顺序存取磁盘 连续链接索引 顺序顺序顺序 随机 随机37文件存储空间的管理(1) 空闲文件目录 将所有空闲块记录在一个表中，即空闲块表 表中有两项：起始块号，空闲块个数。 (2) 空闲块链把所有空闲块链成一个链，每个空闲块中有 指向下一个空闲块的指针，所有空

14、闲块构成 一个链表。不需要磁盘分配表，节省空间。 每次申请空闲块只需取出链表开头的空闲块 即可。38文件存储空间的管理（续）(3) 位示图 用一串二进制位反映磁盘空间中分配使用情 况，每个物理块对应一位，分配物理块为1， 否则为0。 申请物理块时，在位示图中查找为0的位，返 回对应物理块号。 归还时，将对应位转置0。 描述能力强，适合各种物理结构。3940( (四四) ) 文件目录及其结构文件目录及其结构一. 文件目录有关概念1. 什么是文件目录文件目录是记录文件的名字、存放地址及与 文件有关的说明信息和控制信息的数据结构 。2. 文件目录的内容(1) 文件名(2) 文件逻辑结构：说明该文件的

15、记录是否定 长、记录长度及记录个数等。41(3) 文件物理结构：记录文件的物理结构形式 。 连续文件指出文件第一块的物理地址、 文件所占块数串联文件指出该文件第一块的物理地址 索引文件指出索引表地址 (4) 存取控制信息 登记文件主本人具有的存取权限、核准的其 他用户及其相应的存取权限。42(5) 管理信息：记录文件建立日期、时间，上 一次存取时间、要求文件保留的时间等信息 。 (6) 文件类型：记录文件的类型，例如可分为 数据文件、目录文件、块存储设备文件、字 符设备文件。43文件目录结构一级文件目录二级文件目录多级文件目录(树型文件目录)44一级文件目录1. 什么是一级文件目录 系统将已建立的所有文件的文件名、存放地 址及有关的说明信息放在一张表中，这张表 称为一级文件目录。 表9.2 一级文件目录文 件 名 物 理 地 址 其 它 信 息sqrttest compilerassemblergabczhang452. 一级文件目录的特点比较简单，要求文件名和文件之间有一一对 应的关系。即不允许两个文件有相同的名字 。什么是重名问题？所谓“重名”，是指不同用户对不同文件起了 相同的名字，即两个或多个文件只有一个相 同的符号名。又称为命名冲突。 为解决命名冲突、获得更灵活的命名能力， 文件系统必须采用