文件的物理结构及存储设备ppt

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：FCB..文件A索引表指针..文件A的索引表记录号物理块号0417210R14R27R310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.out16目录项（条目）文件名索引块000102030405060708091011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859212223445356nil012345678910111213...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。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.out16directoryentryfilenameindexblock00010203040506070809101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585939212223445356..........0123456789101112...255indexblock(16)nil57594041nil0123456789101112...255indexblock(39)多层索引a.out16directoryentryfilenameindexblock00010203040506070809101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585926341043nil0123456789101112...255toplevelindexblock(16)......0123456789101112...255......0123456789101112...255......0123456789101112...255......0123456789101112...255secondaryindexblocks组合链接/多层索引TheUnixinodeowner,grouptimestampssizedirectblockssingleindirectdoubleindirecttripleindirectblock(data)block(data)block(data)block(data)block(data)block(data)block(data)block(data)block(data)............(filenameisnotstoredintheinode)indexblock(UsedinBSDUnix)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。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)。①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。②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：①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。②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。①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。②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。③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(FileControlBlock)。文件目录由文件控制块组成。文件系统在每个文件建立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。文件名指针......文件名i索引节点号......文件属性...文件长度...索引节点64B8.3.1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。文件名物理地址文件说明信息X1R1W1X2R2W2.........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：①搜索范围宽。②不允许文件重名。③不便于文件共享。8.3.1文件目录结构(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:XQXSETXQXhelp系统目录Userl…UserN…用户目录名用户目录指针XQXhelp文件名物理地址Userl用户目录UserN用户目录XQXSET8.3.1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：树型目录的每一级既可定义目录也可定义文件树型目录usrbinetcdevhostsfstabconfbinsbinspooltapetty0tty1tty2rootdateviwhichwhocalendarcronlp8.3.1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.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：被共享文件交叉点共享文件当前目录文件链接—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MSWindows中的快捷方式)链接usrbinetcvarbinsbinspoolrootdateviwhichwhocalendarcronlpadmmailspool硬链接file1file2file3file4file5file6file7directoryafile-8file1file9file10file11file12file13directorybdisk软链接file1file2file3file4file5file6file7directoryafile-8file1file9file10file11file12file13directorybdisk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接建立时，该链接计数增加。当一个文件被从目录中删除时，该链接计数减少。如果链接计数是0，该文件所占据的空间被释放。链接问题对于软链接如果原来的文件被删除，那么所有软链接被留下悬空。这就像发生在MSWindows的快捷方式8.3.1文件目录结构(2)基本文件目录表法*为了有效实现系统文件的共享，文件系统需建立一基本文件目录BFD，它包括了文件的结构、物理块号、存取控制和管理信息。另外，需增加符号文件目录表SFD，包括用户给定的符号名和系统文件赋予的文件说明信息的内部标识符。主目录(MFD)记录了文件名和系统给定的惟一标识。8.3.1文件目录结构文件目录表