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1、第5章 文件管理,5.1 文件管理概述 5.2 文件结构 5.3 文件的存储设备 5.4 文件目录管理 5.5 文件共享与安全 5.6 文件使用,本章结束！,5.1 文件管理概述,5.1.1 文件管理的主要任务 文件是指存储在外存上的信息集合。在大多数计算机应用中，文件是主要的处理对象。 文件管理的主要任务是负责管理文件信息，并把对文件的存取、共享和保护等手段提供给操作系统和用户。文件管理的主要目标是提高外存储空间的利用率，其主要任务是对用户文件和系统文件进行管理，方便用户的使用，并保证文件的安全性。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.2 文件管理的主要功能 1文件存储空间管理
2、文件都是存储在磁盘上的，所以磁盘空间的管理是文件管理需要考虑的一个主要问题。要把文件保存到存储介质上，必须知道哪些存储空间已经使用，哪些存储空间还没有使用，文件只能保存到没有使用的空闲的存储空间，否则会破坏已保存的信息。 文件存储空间管理是为每个文件分配必要的存储空间，提高存储空间的利用率，并能有助于提高文件系统的工作速度。 由于文件存储设备是以存储块为单位进行管理的，因此，文件存储空间的管理实质上是对一个存储块的组织和管理问题，它包括存储块的组织，存储块的分配与存储块的回收。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.2 文件管理的主要功能 2文件目录管理 目录管理的任务是为每个文件建
3、立目录项，并对众多的目录加以组织，以实现文件的按名存取，实现文件的共享，提供快速的目录查询手段，提高文件的检索速度。 为实现文件的按名存取，每个文件应该具有一个文件名与之对应。一般来讲，用户文件名由用户指定，系统文件和特殊文件名在系统设计时指定。为了有效地利用存储空间并迅速准确地完成由文件名到文件物理位置的转换，必须把与文件相关的文件名等信息按一定的组织结构进行排列，这主要是依赖于文件目录来实现。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.2 文件管理的主要功能 3逻辑文件与物理文件的转换 用户的大量信息都存放在磁盘或磁带上，必须记住各种信息的分布情况及信息存放的物理位置，并启动磁盘或磁
4、带机来保存或读取信息。为了方便用户，规定用户直接使用的是逻辑文件，用户使用文件时只要给出文件的名字和一些适当的说明信息，文件系统就能按照用户的要求把逻辑文件组织成物理文件存放到存储介质上或者把存储介质上的物理文件转换成逻辑文件供用户使用。 文件系统还可以根据需要更换文件存放的位置而对用户没有任何影响。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.2 文件管理的主要功能 4文件读写管理 文件的读写控制是和文件的共享、保护和保密问题紧密相关的。这三个问题实际上是一个用户对文件的使用权限，即读、写、执行的许可权问题。 文件系统读写控制的主要任务：一是，对拥有读写和执行权限的用户，允许他们对文件进
5、行相应的操作。二是，对没有相应权限的用户，禁止他们对文件进行相应的操作。三是，防止一个用户冒充其他用户对文件进行读写操作。四是，防止拥有存取权限的用户误用文件。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.2 文件管理的主要功能 5文件共享和安全的管理 文件共享是指不同的用户共同使用同一个文件。在现代计算机系统中，有些文件是可以供多个用户共享的，如编辑程序和函数等。在文件共享的系统中，只需要保存该共享文件的一个副本，就可以减少文件复制操作花费的时间，节省大量的存储空间。 在文件的使用过程中，一些人为因素、系统因素和自然因素都会导致文件被破坏或丢失。文件的安全管理即文件的保护，是解决对文件非
6、法操作的关键。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.3 文件系统的基本概念 1文件 文件是指存放在外存上的已命名的一组相关信息的集合，通常将程序和数据组织成文件。 文件中的基本访问单位是位、字节或记录。 文件的属性包括文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件的存取控制、文件的建立时间。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.3 文件系统的基本概念 2记录 记录是一组相关数据项的集合，用于描述数据对象某方面的属性。它是文件中数据处理的基本单位，是组成文件的基本元素。 在一个由大量记录组成的文件中，为了能惟一地标识一条记录，可以在记录的各个数据项中，确定出一个或几个数据项，把
7、它（或它们）称为关键字（key）。如在描述学生的数据项中，学号可以做为关键字。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.3 文件系统的基本概念 3数据项 数据项是指描述一个对象的某种属性的字符集，它是数据处理的最小单位。它可以分为基本数据项和组合数据项。 （1）基本数据项。基本数据项是用于描述一个对象的某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。它的命名往往与其属性一致。 （2）组合数据项。组合数据项由若干个基本数据项组成，简称组项。例如，工资就是一个组项，它由基本工资、工龄工资和奖励工资等基本项组成。,第5章 文件管理,5.1 文件管理
8、概述,5.1.3 文件系统的基本概念 4文件类型 （1）按性质和用途分类：系统文件、用户文件和库文件。 （2）按文件中的数据形式分类：源文件、目标文件和可执行文件。 （3）按文件的存取控制属性分类：只执行文件、只读文件和读写文件。 （4）按文件的逻辑结构分类：有结构文件和无结构文件。 （5）按文件的物理结构分类：顺序文件、链接文件和索引文件。 （6）按照文件的内容分类：普通文件、目录文件和特殊文件。,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.3 文件系统的基本概念 5文件系统 文件系统是指含有大量文件及其属性说明、对文件进行操作和管理的，向用户提供使用接口的软件集合。 图5-1表示了文件
9、系统的组成。 它分为三个层次，最低层是对象及其属性说明；中间层是对对象进行操作和管理的软件集合；最高层是文件系统提供给用户的接口。,第5章 文件管理,返回,5.2 文件结构,5.2.1 文件的逻辑结构 1文件逻辑结构的概念 文件的逻辑结构是用户组织文件时可见的结构，即用户所观察到的文件组织形式。文件的逻辑结构是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性，又称为文件组织。 选择文件的逻辑结构主要有以下原则： (1) 提高检索效率。根据给定的逻辑结构，应使文件系统在尽可能短的时间内找到所需要的记录或基本信息单位。 (2) 便于修改。便于在文件中增加、删除和修改一条或多条记录。 (3) 降低文
10、件存储费用，使文件占用最小的存储空间。 (4) 便于用户操作。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.1 文件的逻辑结构 2文件逻辑结构的形式 文件的逻辑结构从形式上分为两类：有结构的记录式文件和无结构的流式文件。如图5-2所示。 （1）有结构的记录式文件。图5-2左图文件A为记录式文件，它由若干条记录构成，记录可以按顺序编号，对文件的访问按记录号进行；也可以为每条记录指定一个或一组数据项作为关键字，然后按关键字进行访问。记录是用户程序与文件系统交换信息的基本单位。 （2）无结构的流式文件。流式文件是指由字符流构成的文件。它内部的数据不再组成记录，只是一串字符。对流式文件的存取需要指定起
11、始字符和字符数。如图5-2右文件B所示。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.2 文件的物理结构 1文件物理结构的概念 文件的物理结构，又称为文件的存储结构，它是指文件在外存上存储时的组织结构。文件的物理结构与存储介质的物理特性及用户对文件的访问方式有关。 文件的物理结构通常划分为大小相等的物理块。这些物理块也称为物理记录，它是文件分配及传输信息的基本单位。物理记录的大小与物理设备有关，与逻辑记录的大小无关。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.2 文件的物理结构 2文件物理结构的形式 根据文件存储设备的特性以及用户对文件的访问方式，可以在文件存储器中使用以下三种： （1）顺序
12、结构。顺序结构是最简单的一种物理结构。顺序结构将一个在逻辑上连续的文件信息依次存放在外存连续的物理块中，即所谓的逻辑上连续，物理上也连续。如图5-3所示 。 顺序结构的优点是管理简单，存取速度快，适合于顺序访问。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.2 文件的物理结构 2文件物理结构的形式 （2）链接结构。克服顺序文件缺点的办法之一是采用链接结构。链接结构将文件存放在外存的若干个物理块中，这些物理块不必连续，并且在每一个物理块中设一个指针，指向下一个物理块的位置，从而使得存放在同一个文件的物理块链接起来。如图5-4所示。 链接文件的优点是文件的长度可以动态增长，增加和删除记录比较容易，
13、只需要调整链表中的指针即可，外存的利用率高。其缺点是随机访问效率低。 因此，链接文件的访问方式应该是顺序访问。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.2 文件的物理结构 2文件物理结构的形式 （3）索引结构。索引文件克服了顺序文件和链接文件的缺点。索引结构将文件存放在外存的若干个物理块中，并为每一个文件建立一张索引表，索引表中的每个表目存放文件信息的逻辑块号和与之对应的物理块号。索引表的物理地址由文件说明信息给出。索引结构如图5-5所示。 索引文件既适合顺序访问，又适合随机访问，应用范围广泛。但是，当文件的记录数很多时，索引表就会很庞大从而降低检索的速度。,第5章 文件管理,5.2 文件
14、结构,5.2.2 文件的物理结构 3文件的访问方式 根据用户对文件内数据的处理方法不同，文件的访问方式可以分为： （1）顺序访问。它是指用户从文件初始数据开始依次访问文件中的信息。对记录式文件意味着按记录的编号从小到大进行存取，对流式文件则意味着对文件从头至尾进行存取。顺序访问的特点是访问速度快，不需要计算访问信息的位置，适合于数据的统计和汇总等。 （2）直接访问。也称为随机访问，是指用户随机地访问文件中的某段信息。用户在采用直接访问方式访问文件时，文件必须存放在可以支持快速定位的随机存储设备中。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.3 记录的成组和分解 每个用户的文件是由用户按照自己
15、的需要组织的，逻辑记录的大小是由文件的性质决定的。而存储介质上的分块是根据存储介质的特性划分的。所以，逻辑记录的大小往往与存储块的大小不一致。为了节省存储空间，提高主存的利用率，系统引入了记录的成组和分解。如图5-7所示。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.3 记录的成组和分解 1记录成组 记录成组是指把若干条逻辑记录合并成一组存入一个物理块的过程。 记录的成组操作必须使用主存缓冲区，而一个缓冲区的长度等于最大逻辑记录长度乘以成组的逻辑记录个数。 根据是否允许将一条逻辑记录存储于两个物理块上，可以把记录成组分为跨块方式和不跨块方式。跨块方式允许一条逻辑记录存储于两个物理块上，而不跨块
16、方式则不允许一条逻辑记录存储于两个物理块上。 特点：采用不跨块方式进行记录成组，操作简单、易于实现，但是，会浪费一定的存储空间；而采用跨块方式进行记录成组，提高了存储空间的利用率，但是，操作复杂、不易实现。,第5章 文件管理,5.2 文件结构,5.2.3 记录的成组和分解 2记录分解 记录分解是指从一条物理记录中把逻辑记录分离出来的过程。 记录成组存放后，当用户需要某一条记录时，必须把含有该条记录的整块信息读出，再从这一组逻辑记录中找出用户所需要的记录进行处理。记录分解也需要使用主存缓冲区，如图5-9所示。 采用记录成组与分解操作可以提高存储空间的利用率，有效地减少存储设备的启动次数。但是，记录的成组与分解操作需要设立主存缓冲区，增加了系统开销。,第5章 文件管理,返回,5.3 文件的存储设备,5.3.1 文件存储设备的类型 1顺序存储设备 顺序存储设备是按信息的物理位置进行定位和读/写操作的存储设备。在顺序存储设备中，只有前面的物理块被存取之后，才能存取其后的物理块。 例如磁带就是一种典型
