操作系统-文件管理课件

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1、操作系统,西安电子科技大学计算机学院 第六章 文件管理,张海宾,第六章 文件管理,6.1 引言 6.2 文件的结构 6.3 文件目录 6.4 文件和目录的使用 6.5 文件共享 6.6文件系统的可靠性与安全性 6.7 磁盘调度,文件系统的功能： 按名存取：由于用户可以“按名存取”，而不是“按地址存取”； 统一的用户接口：在不同设备上提供同样的接口，方便用户操作和编程； 并发访问和控制文件：在多道程序系统中支持对文件的并发访问和控制； 安全性控制：在多用户系统中的不同用户对同一文件可有不同的访问权限； 优化性能：采用相关技术提高系统对文件的存储效率、检索和读写性能； 差错恢复：能够验证文件的正确

2、性，并具有一定的差错恢复能力。,6.1 文件系统的基本概念,6.1 文件系统的基本概念,1. 文件文件是具有符号名的信息项的集合，可分为有结构文件和无结构文件两种。在有结构的文件中，文件由若干个相关记录组成，而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，它描述了一个对象集。文件名是文件的标识符号。文件是通过操作系统来管理的，包括：文件的结构，命名，存取，使用，保护和实现方法此外，文件应具有自己的属性，属性可以包括：(1)文件类型。可以从不同的角度来规定文件的类型，如系统文件或用户文件等；(2)文件长度。指文件的当前长度，长度的单位可以是字节字或块，也可能是最大允许的长

3、度；,6.1 文件系统的基本概念,(3)文件的物理位置。用于指示文件在哪一个设备上及在该设备的那个位置； (4)文件的存取控制。规定哪些用户能够读、哪些用户能够读写、或者执行； (5)文件的建立时间。指最后一次的修改时间等。 文件包括两部分： 文件体：文件本身的信息； 文件说明：文件存储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、文件存储地址、访问权限、访问时间等；,6.1 文件系统的基本概念,2文件的类型为了便于管理和控制文件而将文件分为若干种类型。由于各系统对文件的管理方式不同，因而它们对文件的分类方法也有很大差异。下面是常用的几种文件分类方法。,6.1文件系统的基本概念,按用途分类:(1) 系

4、统文件。它是指由系统软件构成的文件。大多数的系统文件只允许系统调用而不允许用户去读，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。由用户的源代码、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) 库文件。这是由标准子程序及常用的例程等所构成的文件。允许用户调用，但不允许修改。,6.1 文件系统的基本概念,按保存期限分类(1)临时文件。保存临时信息的文件。(2)存档文件。保存在作为“档案”用的存储设备上，以供查证和恢复使用的文件。(3)永久文件。长期保存的文件。,6.1文件系统的基本概念,按保护方式分类(1)只读文件。只允许文件主及被核实的用户去读，但不允

5、许写. (2)读写文件。允许文件主和被核准的用户去读文件和写文件。 (3)可执行文件。允许文件主和被核准的用户执行的文件。 (4)不保护文件。多有用户都可存取。,6.1 文件系统的基本概念,UNIX系统中的文件(1)普通文件。内部无结构的一串顺序字符串。 (2)目录文件。由目录项构成的文件。 (3)特别文件。设备文件。,6.1 文件系统的基本概念,3. 文件系统文件系统是操作系统中管理文件的机构，提供文件存储和访问功能。,6.1文件系统的基本概念,6.2.1 文件逻辑结构的类型,文件的逻辑结构(也叫做文件的组织)是指从用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构(logical structure)或用

6、户访问模式；它可以独立于在外存上的物理存储。 文件的逻辑结构可分为两大类：有结构文件，它是指由一个以上的记录构成的文件，故又称为记录式文件；无结构文件，它是指由字符流构成的文件，故又称为流式文件。 (1)有结构文件在记录式文件中，所有的记录通常都是描述一个实体集的，有着相同或不同数目的数据项，记录的长度可分为定长和不定长两类。,6.2.1 文件逻辑结构的类型,定长记录。它是指文件中所有记录的长度都是相同的。所有记录中的各数据项，都处在记录中相同的位置，具有相同的顺序及相同的长度，文件的长度用记录数目表示。定长记录处理方便，开销小，是目前较常用的一种记录格式，被广泛用于数据处理中。 变长记录。它

7、是指文件中各记录的长度不相同。这是因为：一个记录中所包含的数据项数目可能不同。如书的著作者、论文中的关键词；数据项本身的长度不定。例如，病历记录中的病因、病史；科技情报记录中的摘要等。,6.2.1 文件逻辑结构的类型,6.2.1 文件逻辑结构的类型,(2)无结构文件：文件体为字节流，不划分记录，顺序访问，每次读写访问可以指定任意数据长度。当前操作系统中常用的文件组织。其长度以字节为单位，对流式文件的访问,则是利用读写指针来指出下一个要访问的字符。可以把流式文件看作是记录式文件的一个特例。在UNIX系统中，所有的文件都被看做是流式文件,即使是具有结构文件，也被视为流式文件；系统不对文件进行格式处

8、理。,6.2.2 文件的物理结构,是从系统的角度来看文件，从文件在物理介质上的存放方式来研究文件。 1. 连续结构（顺序）一个文件的信息存放在若干连续的物理块中优点: 简单 支持顺序存取和随机存取（定长记录和变长记录）顺序存取速度快,6.2.2 文件的物理结构,文件名 始址 块数,count 0 2 tr 14 3 mail 19 6 list 28 4 f 6 2,文件目录,count,f,tr,mail,list,6.2.2 文件的物理结构,缺点: A 文件不能动态增长B 不利于文件插入和删除C 外部碎片问题,6.2.2 文件的物理结构,2. 链接结构一个文件的信息存放在若干不连续的物理块

9、中，各块之间通过指针连接，前一个物理块指向下一个物理块优点：提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题有利于文件插入和删除有利于文件动态扩充,6.2.2 文件的物理结构,链接结构,6.2.2 文件的物理结构,文件名 始址 末址,jeep 9 25,文件目录,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,1,10,16,-1,25,链接结构,6.2.2 文件的物理结构,优点： 提高了磁盘空间利用率 不存在外部碎片问题 有利于文件插入和删除 有利于文件动态扩充缺点： 存取速度

10、慢，不适于随机存取 可靠性问题，如指针出错 更多的寻道次数和寻道时间 链接指针占用一定的空间链接结构的一个变形:文件分配表FAT,6.2.2 文件的物理结构,3.索引结构一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构-索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中一个索引表就是磁盘块地址数组,其中第i个条目指向文件的第i块,6.2.2 文件的物理结构,6.2.2 文件的物理结构,文件名 索引表地址,文件目录,Jeep 19,9 161 10 25-1-1-1,19,6.2.2 文件的物理结构,优点：保持了链接结构的优点,又解决了其缺点：即能顺序存取,又能随机存取满足了文

11、件动态增长、插入删除的要求也能充分利用外存空间 缺点：较多的寻道次数和寻道时间索引表本身带来了系统开销如：内外存空间，存取时间,6.2.2 文件的物理结构,索引表组织: (1)链接模式:一个盘块一个索引表,多个索引表链接起来。如：每个索引项占4个字节（寻块范围0232），无力块大小512字节，则每块可存127个索引项和一个链接字,6.2.2 文件的物理结构,(2)多级索引:将一个大文件的所有索引表（二级索引)的地址放在另一个索引表（一级索引)中.,6.2.2 文件的物理结构,(3)综合模式:UNIX文件系统的索引结构 .UNIX文件系统采用的是三级索引结构，文件系统中inode（I节点）是基本

12、的构，它表示文件系统树型结构的节点。每一个I节点是一个普通文件或目录文件。I节点结构定义如下： struct dinodeushort di_mode; /*文件控制模式*/short di_nlink; /*文件的链接数*/ushort di_uid; /*文件主用户标识*/ushort di_gid; /*文件主同组用户标识*/off_t di_size; /*文件长度，以字节为单位*/char di_addr40; /*文件索引表，存放文件物理盘块号*/time_t di_atime; /*文件最近一次访问时间*/time_t di_mtime; /*文件最近一次修改时间*/time_t

13、 di_ctime; /*文件创建时间*/ 字符数组di_addr40中每3个字节组成一个单元，记录文件的物理盘快号，构成了13个表项的地址索引，为啥设成40字节，使得I节点大小64字节。,6.2.2 文件的物理结构,UNIX将13个表项分成4种寻址方式： 直接寻址：di_addr数组前10个表项直接指向文件前10个逻辑块的物理盘块地址，称为直接块指针。 一级间接寻址：di_addr数组的第11个表项指向文件索引块的地址，即第11个表项登记的不是文件物理盘块号而是索引块的地址。（每个索引表项为3个字节）。 二级间接寻址：di_addr数组的第12个表项指向第一个具有341个表项的间接索引块的地

14、址。 三级间接寻址：di_addr数组的第13个表项指向第一个具有341个表项的二级间接索引块的地址，文件的寻址原理与上述类似。所能访问的文件最大长度为：(10+341+341341341341341)KB，将近40GB。,6.2.2 文件的物理结构,6.2.2 文件的物理结构,4Hash文件哈希文件(hashed file)采用计算寻址结构，它由主文件和溢出文件组成。记录位置由哈希函数确定。在每个记录中需要有一个关键字字段，检索时给出记录键值，通过哈希函数计算出该记录在文件中的相对位置。这就是通常所说的Hash方法（散列法或杂凑法），利用这种方法所建立的文件称为Hash文件。,6.2.3 文

15、件结构、文件存取方式与文件存储介质的关系,存取方式: 顺序存取方式、随机(直接)存取方式 （1）顺序存取法：对文件中的信息按顺序一次读写在提供记录式文件结构的系统中，顺序存取法就是严格按物理记录排列的顺序依次读取。如果当前读取的是Ri记录，下一次要读取的记录自动地确定为Ri+1。在只提供无结构的流式文件中，顺序存取法是按读写的偏移（offset）从当前位置开始读写，每读完一段信息，读写偏移自动加上这段信息的长度，以便读下一段信息。定长记录文件如下图：,6.2.3 文件结构、文件存取方式与文件存储介质的关系,变长记录文件定长记录的文件只需设置一个读（写）指针r_point（ w_point）读（写）完一个记录，修改r_point = r_point l（ w_point = w_point l ）。l是记录长度 ；对于变长记录，假设每个记录长度li，存放记录长度需要l个字节。读写的时候需设置一个读（写）指针r_point（ w_point）和一个工作单元r_length，用来存放下个记录长度。读（写）完一个记录，修改r_point = r_point r_length l（ w_point = w_point r_length l ）。,