文件的物理结构及存储设备

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1、8.2.2 文件的物理结构及存储设备,(3) 索引文件 索引文件是由系统为每个文件建立一张索引表，表中标明文件的逻辑块号所对应物理块号，索引表自身的物理地址由FCB给出。 索引表结构 ：,索引文件,这种方法克服了链接文件对随机存取的限制。 把所有的指针放在一起：索引块 每个文件都有它自己的索引块 索引块的第 i 个条目指向文件的第 i 个块（随机存取） 一个索引块类似于内存分配中的一个页表 索引文件的开销要比链接文件大，尤其如果每个文件只有很少的块时，会造成其余索引块的浪费。,索引分配,a.out,16,目录项（条目）,文件名,索引块,00,01,02,03,04,05,06,07,08,09

2、,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,21,22,23,44,53,56,nil,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 . . .,索引块 (16),8.2.2 文件的物理结构及存储设备,如果索引表很大，超过了一个物理块，则系统势必要像处理其他文件一样，来处理索引表的物理存放方式，这样不利于索引表的动态增删。

3、解决的办法是采用多重索引的方式，也就是说，当索引表所指的物理块超过一块时，再增加一个次级索引表。这样，在高一级索引表表项里所指向的物理块中并不存放实际的文件信息，而是存放的一个索引表，在这个次一级的索引表中所指向的物理块才是存放的文件信息。如果需要，可以增加到3级以上的多级索引。,链接索引块,a.out,16,directory entry,filename,index block,00,01,02,03,04,05,06,07,08,09,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35

4、,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,39,21,22,23,44,53,56,.,.,.,.,.,.,.,. . .,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 . . . 255,index block (16),nil,57,59,40,41,nil,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 . . . 255,index block (39),多层索引,a.out,16,directory entry,filename,index block,00,

5、01,02,03,04,05,06,07,08,09,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,26,34,10,43,nil,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 . . . 255,top level index block (16),.,.,.,.,.,.,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

6、. . . 255,.,.,.,.,.,.,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 . . . 255,.,.,.,.,.,.,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 . . . 255,.,.,.,.,.,.,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 . . . 255,secondary index blocks,组合链接/多层索引,The Unix inode,owner, group,timestamps,size,direct blocks,single indirect,double indirect,triple indirec

7、t,block (data),block (data),block (data),block (data),block (data),block (data),block (data),block (data),block (data),. . .,. . .,. . .,. . .,(filename is not stored in the inode),index block,(Used in BSD Unix),8.2.2 文件的物理结构及存储设备,2. 文件的存储设备 文件的存储设备分为不可重复使用的和可重复使用的两类。 不可重复使用的文件存储设备也称为I/O式字符设备，如打印纸等。

8、 可重复使用的文件存储设备有磁带、磁盘、光盘等，也称块设备。,8.2.2 文件的物理结构及存储设备,两种典型的存储设备特性及存取方法。 (1) 顺序存取设备 顺序存取设备通常是指那些容量大、价格低的存储设备。 (2) 直接存取设备 光盘、磁盘都是一种可直接存取的存储设备(磁盘又分为硬盘和软盘)。 磁盘 磁盘是一种可直接存取(按地址存取)的存储设备，它把信息记录在盘片上，每个盘片有正反两面。 只读型光盘 光盘存储器是利用光学原理存取信息的存储设备,8.2.2 文件的物理结构及存储设备,3. 文件结构、存储设备与存取方式 综上所述，文件的物理结构，必须适应文件的存储设备，而不同的存储设备的特性，又

9、决定了其上的文件的存取方式，下面以磁盘和磁带存储设备为例，简要说明3者的关系： 磁盘上的文件结构为连续时，其存取方式一般为顺序或随机。 当文件为连续方式时，存取方式通常为顺序的。 磁带上的文件结构为连续时，其存取方式一般为顺序存取。 当其上文件为索引文件时，存取方式可为顺序、随机两种形式。,8.3 文件管理,8.3.1 文件目录结构 1. 文件目录 文件系统为程序和用户提供了按文件名存取文件的机制，而将文件名转换为存储地址，以及对文件实施控制管理则需通过文件目录来实现。 文件目录的管理和文件存储空间的管理已成为文件管理的重要内容。,8.3.1 文件目录结构,一个文件由文件说明和文件体组成。文件

10、说明部分包括文件的基本信息、存取控制信息和文件使用信息。 基本信息包括： 文件名，用于标识一个文件的符号名。 文件物理位置，标明文件内容在外存上的存储位置。 文件结构，指示文件的逻辑结构和物理结构。它决定了文件的寻址方式。 存取信息包括：各类用户(包括文件主、核准用户、普通用户等)的存取权限，实现文件的共享及保密。 使用信息包括：文件创建、修改的日期和时间，以及当前使用的状态信息。,8.3.1 文件目录结构,文件系统将这些说明部分的全部信息集中起来，以一个数据结构的形式表示，称此结构为文件控制块FCB (File Control Block)。 文件目录由文件控制块组成。文件系统在每个文件建立

11、时都要为它建立一个文件目录。文件目录用于文件描述和文件控制，实现按名存取和文件信息共享与保护，随文件的建立而创建，随文件的删除而消亡。 不同的操作系统有不同的文件目录。,8.3.1 文件目录结构,下面以UNIX文件目录为例加以说明。 UNIX系统的文件目录由目录项和索引节点两部分组成（i节点加快文件检索方法之一）。目录项占16B，其中14B为文件名，2B为指向文件说明信息的索引节点的指针，每个索引节点占64B，包括文件属性、文件共享目录数、时间、文件存放块号、文件长度等说明信息。,8.3.1 文件目录结构,2. 文件目录结构 文件目录是由文件说明组成的，若干个文件目录组成一个专门的目录文件，目

12、录文件的结构如何，关系到文件的存取速度和文件的共享及安全特性。 文件目录结构是指专门的目录文件的组织形式。常用的目录结构有单级目录，二级目录和多级目录。,8.3.1 文件目录结构,(1) 单级目录 文件系统在每个存储设备上仅建立一个目录文件的目录结构，称为单级目录(或称一级目录)。目录文件中的每一目录项(或称一条记录)对应一个文件目录，它包含相对的数据项(文件名及扩展名、物理地址、说明信息)，如图所示。,8.3.1 文件目录结构,单级目录的优点是结构简单，通过管理其目录文件，便可实现对文件信息的管理。 单级目录的特点是： 搜索范围宽。 不允许文件重名。 不便于文件共享。,8.3.1 文件目录结

13、构,(2) 二级目录结构 二级目录结构将存储在设备上的目录文件分成两级：第一级为系统目录(称主目录MFD)，它包含了用户目录名和指向该用户目录的指针；第二级为用户目录(称UFD)，它包含了该用户所有文件的文件目录，该文件目录和上述单级的目录一样，包含了相应文件的名字，物理地址等。,8.3.1 文件目录结构,二级目录结构:,8.3.1 文件目录结构,(3) 多级目录结构 采用树型数据结构方法，便形成一种树型的结构目录。 这种文件目录的第一级系统目录为树的根节点，定义为根目录，文件目录的第二级和以下各级目录均为树的分支节点(非终节点)，均定义为子目录，只有树的叶节点(终节点)才为文件。 注：树型目

14、录的每一级既可定义目录也可定义文件,树型目录,root,8.3.1 文件目录结构,从根目录经各级子目录到达文件的通路上的所有子目录名称为文件的存取路径。 文件的绝对路径（从根目录开始） 文件的相对路径（从当前目录开始） 在多级目录结构中，要访问一个文件必须从根目录开始，逐级查找各级子目录，直到文件。无疑这样查找速度较慢。有必要为系统建立一个称之为“工作目录”的当前目录（加快文件检索方法之二），它不一定是根目录，当用户不另外指定缺省目录时，系统从该目录起进行查找。不同的文件系统都可以设置这种工作目录。 将多级目录结构进一步推广，就产生了无环结构目录图状结构目录。,8.3.1 文件目录结构,3.

15、文件目录与文件共享 为了有效的实现文件共享，文件系统在建立文件目录的过程中，采用了以下两种方法，使文件只需保存一个副本，达到多个用户共享的目的。 (1) 绕道法(交叉法) 绕道法查找共享文件的方法是每个用户从各自当前目录开始，向上返回到共享文件所在路径的交叉节点，然后沿交叉节点顺序向下访问到共享文件。,8.3.1 文件目录结构,绕道法：,链接文件共享的另一种方法,真正的树型结构目录仅允许每个文件存在于该结构中的一个地方。 一个文件或子目录出现在目录结构的几个地方常常是方便的。 例如，两个程序员正在某个相同的项目上工作，都希望与项目关联的若干文件保存在自己的目录中。 共享文件（或目录）不同于文件拷贝。,链接,在 Unix 系统中，共享文件可以通过创建链接来实现。 Unix 支持两种类型的链接。 硬链接 是复制指向相同存储区的目录条目 软链接（符号链接）是别名或其它文件或目录的指针。 ( = 在 MS Windows 中的快捷方式),链接,root,硬链接,directory a,directory b,disk,软链接,directory a,directory b,disk,链接问题,链接可能引入一致性问题。 对于硬链接 当文件被删除时会发生什么？ 对 Unix 系统，每个文件有链接计数。 当指向一个文件的新链