计算机操作系统 文件管理

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1、第六章 文件管理,6.1文件和文件系统,6.1.1 文件、记录、数据项(说明包含关系) 数据项 基本数据项：可命名的最小逻辑单位/字段 组合数据项：由若干基本数据项组成 基本数据项的类型和数据 记录 一组相关数据项的集合 关键字：能唯一地标识出记录的基本/组合数据项 文件 具有文件名的一组相关信息的集合。,文件属性,文件类型 文件长度 文件物理位置 文件建立时间 ,6.1.2 文件类型和文件系统模型,类型 一、按用途分类： 系统文件，用户文件，库文件。 （用户对以上三者的访问权限不同） 二、按文件中的数据形式分类 源，目标，可执行。 三、存取控制 E，R，R/W,6.1.2 文件类型和文件系统

2、模型,类型 四、逻辑结构 （1）有结构（记录式） （2）无结构（流式） 五、物理安排 （1）顺序文件；数据（连续放） （2）链接文件； （3）索引文件； 六、文件与目录文件,文件系统模型,概念：文件和对文件进行操纵和管理的软件集合。 三个层：文件(对象及属性)文件操作文件访问接口 一、管理的对象及属性 （1）文件 （2）目录：例：目录项 用于方便用户（提供文件逻辑名来访问文件）和提高文件存取速度。 （3）物理存贮空间的管理，好坏将影响访问速度。,文件系统模型,二、对对象操纵和管理的软件集合： （1）逻辑文件系统：受命write(record of 文件，buf) write(逻辑号，buf)

3、（2）基本I/O管理：write(逻辑号， buf) （3）基本文件系统：向driver发令，(buf具体物理盘块号) （4）I/O控制层：driver 三、文件系统接口 命令接口： 程序接口：,6.1.3 文件操作,一、对记录操作类似数据库 二、对文件操作： 创/删/读/写/截断（清空）/拔指针 三、打开关闭操作 打开：将文件的属性从外存拷贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的编号（索引)返回给用户 四、其它 更名、更改属性,6.2 文件逻辑结构,概念：用户所能观察和访问到的文件的数据结构组织，独立于物理特性，容易检索和修改。 无论是逻辑还是物理结构，都会影响到文件的检索速度,6.2.

4、1 逻辑结构类型,一、有结构文件：记录式文件 a类： （1）定长记录 （2）变长记录 b类： （1）顺序文件：通常是定长记录，（为何，因变长采用此方式查询速度慢） （2）索引文件： （3）索引顺序文件：顺序组织多个组，每组记录中的第一个记录设置一索引项。 二、无结构文件：流式文件 以字节为单位，利用读/写指针进行访问。,6.2.2 顺序文件,一、逻辑记录的排序 （1）按记录录入的时间排:串结构。 （2）按关键字排序：顺序结构。 后一种情况更有利于提高查询速度。如可用折半查找法等。 二、对顺序文件的读/写操作（图6.3) 定长记录顺序文件：例：顺序读 易于定位，甚至可随机读取。 变长记录：不易定

5、位，只能顺序读取。,6.2.2 顺序文件,三、优/劣： 批处理时效率是所有逻辑文件中最高的。 可存在于磁带上。 交互应用时“效率低”（如要查找单个记录），尤其是对变长记录的顺序文件。 增加、删除记录涉及到排序问题，开销大。 事务文件(log），用于存放将更新到主文件的记录。,6.2.3 索引文件,由变长记录组成的顺序文件不容易直接存取，因此，为其建立一有序的索引表，对索引采用折半查找，速度更快。 特点：提高了速度，增加了存储开销放索引文件。 增、删记录时，对索引表作相应的修改。,6.2.4 索引顺序文件,将顺序文件中若干记录分为一组，每组的第一项在索引表中占一项。 速度： 例1：10000个记

6、录，顺序文件：5000次查找找查到。 索引顺序文件，设100个记录一组，索引表的找法设为顺序法的情况下，则查找次数为50+50=100。 例2：1000000个纪录： 低级索引：（100个纪录一组）：10000。 高级索引：100 速度：50+50+50=150,6.2.5 直接文件和哈希文件,直接文件 键值转换：由记录键值到记录物理地址的转换 哈希文件 A=H(k） 是一种索引链接文件,6.3外存分配方法（文件物理组织）,6.3.1 连续分配（磁带，磁盘都可采用）（顺序文件） 每个文件分配一组相邻盘块。 特点：简单 （1）顺序访问容易且速度快，因磁头移动距离小， （2）要求连续空间，一段时间

7、后需整理磁盘以消除外部碎片。 （3）必须事先知道长度，文件不易动态增长和删除。 文件对应目录项（属性）中包含： 始址、总块数、最后一块字节数。,6.3.2 链接分配（串连文件/链接文件）,文件离散地分配于各盘块中，以提高外存利用率，文件长度可变，易于增删，只能顺序存取。 对应目录项：链表的首指针 一、隐式链接 文件目录表中有start块号，每块中有下一块号。 特点：只适合于顺序访问，对随机访问效率低，可靠性差。 簇：包含多个块的单位，当以它为单位分配并链接，可减少访问时间，但增大了内部碎片,6.3.2 链接分配（串连文件/链接文件）,二、显式链接：把用于链接的指针显式存放在内存的一张表中，查找

8、在内存中进行。 FDT/FCBFAT-块链,链式分配,DOS磁盘盘区划分表,DOS磁盘访问操作流程,文件名,磁盘目录表 FDT,磁盘参数表,文件位置分配 表FAT,磁盘扇区 定位,扇区物理 操作,磁盘基数表,DOS 对于1.2MB软盘，盘块大小为1KB，每个FAT表项占12位，在每个FAT中共1.2k个表项，故共1.8k.,6.3.3 索引分配（索引文件）,一、单级索引 链接分配问题： 不能高效直接存取； FAT需占较大的内存。 概念：为每个文件分配一个索引块 特点： （1）文件较大时有利。文件较小时浪费外存空间（还需为小文件建索引块） （2）当文件较大时，索引块太多，查找速度减慢 解决：当索

9、引太大时，则需建立多级索引,索引分配,6.3.3 索引分配（索引文件）,二、多级索引 两级: 设一个盘块大小为1k，每个盘块号占4byte。则2级索引存放的文件的盘块号总数为：256256=64k,故文件的最大长度为64M,6.3.3 索引分配（索引文件）,三、混合分配方式（UNIX系统） 一、二、多级索引合用 设每个块大小为4k，一索引项占4字节，则 1.直接地址：小文件（4T。,6.4目录管理,文件目录：将文件名map 外存物理位置，使用户按名存取。 功能： （1）按名存取； （2）提高检索速度； （3）文件共享； （4）允许文件重名。,6.4.1 文件控制块和索引结点,目录文件：其内容为

10、文件目录。 文件目录：文件控制块的有序集合（FDT） 一、文件控制块FCB： 可分外内存FCB和外存FCB (目录项） 1.基本信息 （1）文件名： （2）文件物理位置：（设备号，盘块号，文件长度） （3）文件逻辑结构： 流式 记录式：定长、变长 （4）文件物理结构： 顺序放 离散放：链式、索引式,文件控制块FCB,2.存取控制信息(安全性)。 文件主/核准用户/一般用户存取权限。 3.使用信息类： （1）文件的建立日期/时间； （2）文件上一次修改时间； （3）当前使用信息。 例：DOS,二、索引结点,1.引入： 索引结点：含文件描述信息。 为何引入：FCB中含:文件名、描述信息，它们较占空

11、间。 例：一个FCB为64byte，一个盘块为1024byte，设文件共有3076个，因一个盘块只能放1024/64:16个FCB，故文件目录占了3076/16=192个块，当要访问某文件，平均调度块数为192/2=96+1=97次。,二、索引结点（UNIX）,a.将FCB分为 文件名、i（index)节点指针和相应的i节点，其中文件名和i节点指针占16字节 b.离散存放目录结构 查询时只调入文件名部分，找到后才调入相应节点。,2.磁盘索引结点,（1）文件主标识； （2）文件类型； （3）文件存取权限； （4）文件物理地址；(表达出盘块号) （5）文件长度； （6）连接（共享）计数； （7）存

12、取时间。,3.内存索引节点,文件打开后，将磁盘索引结点的内容部分或全部子集拷贝到内存，并增加以下内容。 （1）编号； （2）状态；（上锁、修改） （3）共享计数； （4）逻辑设备号； （5）链接指针:i节点的组织结构。,6.4.2目录结构,单级目录结构 （1）新建文件时有无同名加入目录表 （2）删除文件回收块清除占用目录项 特点： （1）简单 （2）速度慢/不允许重名/不便于共享(不能用不同名字访问同一文件)。,目录项例,6.4.2目录结构,两级目录结构 MFD+UFD 特点: (1)提高了速度:如：n个用户，每用户最多m个文件，则最坏速度为n+m而非n*m （2）可重名 （3）可共享（但不方

13、便）,6.4.2目录结构,树型目录结构（多级目录）（图6.18） 一、树型目录： 一目录文件中的目录项可为：目录文件、数据文件 二、路径名： 三、当前目录/工作目录。 四、增/删除（可/不可删除非空目录） 五、链接文件,6.5目录查询技术,过程：文件名目录项（FCB）或索引结点 盘块号 启动磁盘 驱动程序 例：/usr/ast/mbox （1）根中得usr的索引结点号6; （2）6中得usr目录文件为132#； （3）132#中得/usr/ast的索引结点是26. （4）26中的/usr/ast目录文件中406# （5）406#中得/usr/ast/mbox的索引结点是60. （6）60中得/

14、usr/ast/mbox的物理地址,6.5 文件存储空间管理,6.5.1-1 空闲表法： 分配：首次/循环首次/最佳/最坏 回收：判断是否合并。 由于连续分配比较快，因此对对换空间及小文件的管理适用。 6.5.2-2 空闲链表法。 1.空闲盘块链 缺点：可能该链很长。 2.空闲盘区链： 一个盘区含多个盘块，类似于内存分区分配与回收(合并)。,6.5 文件存储空间管理,6.5.2 位示图法（可采用连续或离散分配） 1.位图 2.盘块的分配： （1）顺序扫描，找一个或一组=0的块。 （2）根据找到的行/列得以盘块号。B=n(i-1)+j （3）修改位图。 3.回收 （1）由磁块号得(i,j) i=

15、(b-1)div n +1 j=(b-1)mod n +1 （2）修改位图： 特点：因不占空间，可放入内存，易于访问。,6.5 文件存储空间管理,6.5.3 成组链接法（UNIX） 一、空闲盘块的组织。 空闲盘块号栈： 二、空闲盘块的分配与回收 分配：到s.free(0)时，由于该块内容为下一组的盘号，将内容加入空闲盘块号栈中，再分配。 回收：到s.free(100)时，将空闲盘块栈中内容放入新到的回收块中，将该回收块作为栈底。,6.6文件共享与保护,6.6.1 基于索引结点的共享方式 （1）建立链接时，将共享文件的物理地址链拷贝。 缺点：文件增、改时，其它用户不知，造成新增内容不能共享。 （2）共享索引结点：（类似于BFD方式).当count1时，这时文件主也不能删文件。否则，指针悬空。,6.6文件共享与保护,6.6.2 利用“符号链”实现文件共享。 建立一“符号链”文件，该文件的物理地址指向路径名。 这样，仅原文件指向索引结点，其它链接文件仅包含原文件的路径名，文件主可对原文件删除等。 速度慢。文件系统传储时，共享文件可能生成多个拷贝.,