文件的逻辑结构及物理结构

第6章文件管理文件管理1文件与文件系统2文件的结构与组织3文件目录4文件存储空间的管理5文件操作6文件的共享、保护和保密开始第6章文件管理本章学习目标教学提示：在操作系统中增加文件管理功能，即构成一个文件系统，负责管理外存中的文件，并把对文件的存取、共享和保护等操作手段提供给操作系统和用户。这不仅方便了用户，保证了文件的安全，还可有效地提高系统资源的利用率。教学目标：本章介绍了文件和文件系统的有关概念，文件的逻辑结构及物理结构、目录文件、文件的操作、文件的共享与保护及文件存储空间的管理等内容。返回本章首页第6章文件管理6.1文件与文件系统6.1.1文件的概念6.1.2文件的分类6.1.3文件的存取方式6.1.4文件系统及其功能返回本章首页第6章文件管理6.1.1文件的概念1．文件的定义文件是具有标识符(文件名)的一组相关信息的集合，根据文件形式的不同，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。下一页第6章文件管理文件所具有的属性包括以下几项。(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度。(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哪个位置。(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。指文件的创建时间。第6章文件管理6.1.2文件的分类1.按文件的用途分类可分为以下三类。（1）系统文件。（2）用户文件（3）库文件。2.按文件中的数据形式分类（1）源文件。（2）目标文件。（3）可执行文件。3.按操作保护分类（1）只读文件。（2）读写文件。（3）执行文件4.按文件的性质分类（1）普通文件。（2）目录文件。（3）特殊文件。第6章文件管理6.1.3文件的存取方式所谓文件的存取方法，是指读写文件存储器上的一个物理块的方法，是指操作系统为用户程序提供的使用文件的技术和手段。文件的存取方法不仅与文件的性质有关，而且与用户使用文件的方式有关。通常有3类存取方法：顺序存取法、直接存取法和按键存取法。第6章文件管理1.顺序存取法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存取。2.直接存取法直接存取法允许用户随意存取文件中的任何一个物理记录，而不管上次存取了哪一个记录。3.按键存取法按键存取法，实质上也是直接存取法，它不是根据记录编号或地址来存取，而是根据文件中各记录内容进行存取的。第6章文件管理6.1.4文件系统及其功能文件系统是操作系统中负责存取和管理信息的模块，它用统一的方式管理用户和对系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。它由管理文件所需的数据结构(如文件控制块及存储分配表等)和相应的管理软件以及访问文件的一组操作组成。第6章文件管理一个文件系统应具有以下功能。(1)使用户可执行创建、修改及删除读写文件的命令。(2)使用户能在系统控制下共享其他用户的文件，以便用户可共享其他人的工作成果。(3)使用户能以合适的方式构造其他文件。(4)使用户能使用在文件间进行数据传输的命令。(5)使用户能用符号名对文件进行访问，而不应要求用户还得使用设备名来访问文件(与设备独立性要求一致)。(6)为防止意外事故，文件系统应有转储和恢复文件的能力。(7)能提供可靠的保护和保密措施。第6章文件管理6.2文件的结构与组织人们常以两种不同的观点去研究文件的结构。一是用户的观点，主要研究观察到的文件组织形式，用户可以直接处理其中的结构和数据，常被称为逻辑结构。另一种是实现的观点，主要研究存储介质上的实际文件结构，是指文件在外存上的存储组织形式，常被称为物理结构或存储结构。第6章文件管理6.2.1文件的逻辑结构1.有结构的文件有结构的文件是指由若干个相关的记录构成的文件，又被为称记录式文件。文件中的记录一般有着相同或不同数目的数据项，按记录的长度，记录式文件可分为以下两类。(1)等长记录文件，指文件中所有记录的长度都是相等的。(2)变长记录文件，指文件中各记录的长度不相同。2.无结构的文件无结构的文件又称流式文件，组成流式文件的基本信息单位是字节或字，其长度是文件中所含字节的数目，如大量的源程序和库函数等。返回本章首页第6章文件管理6.2.2文件的物理结构文件的物理结构指文件在外存物理存储介质上的结构，它可分为连续结构、链接结构和索引结构3种。第6章文件管理1.连续结构一个逻辑文件信息依次存放在外存的若干连续物理块中的结构称为文件的连续结构。图6.1文件的连续结构返回本节第6章文件管理2.链接结构（串连文件）文件的链接结构是用非连续的物理块来存放信息。图6.2文件的链接结构返回本节第6章文件管理3.索引结构将逻辑文件顺序地划分成等长与物理存储块相同的逻辑块，并为每个文件分别建立逻辑块号与物理块号的对照表。图6.3文件的索引结构下一页第6章文件管理图6.4文件的多重索引结构返回本节nn注：多重索引结构常常用来存放比较大的一些系统软件。第6章文件管理6.3文件目录6.3.1一级目录结构6.3.2二级目录结构6.3.3多级目录结构返回本章首页第6章文件管理为了便于对文件进行存取和管理，必须建立文件名与文件物理位置的对应关系。在文件系统中，这种关系称为文件目录，它是一种表格。每个文件占用一个表目称为文件的目录项。一般情形下文件目录项包括以下信息：（1）文件名。文件的标识符。（2）文件的逻辑结构。（3）文件在辅存上的物理位置。（4）文件建立修改日期及时间。（5）文件的类型。指明文件的类型。（6）存取控制信息。指明用户对文件的存取极限。第6章文件管理6.3.1一级目录结构单级目录结构是指把系统中的所有文件都建立在一个目录下，每个文件占用其中一个目录项。文件名文件的物理位置日期时间其他信息CbscWps……图6.8单级目录结构返回本节第6章文件管理一级目录结构的缺点：1.搜索文件的时间长。2.不能解决文件的重名现象。第6章文件管理6.3.2二级目录结构图6.9二级目录结构返回本节第6章文件管理二级目录结构的优点：（1）搜索文件的时间变短。（2）较好的解决了重名问题。第6章文件管理6.3.3多级目录结构图6.10多级目录结构返回本节Root第6章文件管理6.4文件存储空间的管理文件存储空间的管理就是对块空间的管理，包括空闲块的分配、回收和组织等。只有合理地进行存储空间的管理，才能保证多用户共享外存和快速地实现文件的按名存取。第6章文件管理6.4.1空闲块表空闲块表适合于连续组织的文件，因为在建立文件时按文件尺寸申请一组连续的空闲块区，撤消文件时归还这组连续的空闲块区。首块空闲块数表目状态1064已用28514已用--未用4325已用………表6-1空闲块表第6章文件管理6.4.2空闲块链第6章文件管理6.4.3位示图图6.13位示图返回本节第6章文件管理6.5文件的操作6.5.1文件的操作6.5.2文件的使用第6章文件管理6.5.1文件的操作1．对文件的操作（1）创建文件。（2）删除文件。（3）打开文件（4）读文件（5）写文件（6）关闭文件返回本章首页第6章文件管理2．对记录的操作（1）读操作（2）写操作（3）查找。（4）修改。（5）插入（6）删除。返回本节第6章文件管理6.5.2文件的使用从前面介绍的操作系统的功能可以看出，用户的文件交系统管理后，为保证文件的安全、可靠，用户使用文件的操作步骤如下。读一个文件信息时，依次调用：(1)“打开”文件。(2)“读”文件。(3)“关闭”文件。写一个文件信息时，依次调用：(1)“建立”文件。(2)“写”文件。(3)“关闭”文件。第6章文件管理6.6文件的共享、保护和保密6.6.1文件的共享1.绕弯路法:绕弯路法是MULTICS操作系统采用过的方法。在该方法中，系统允许每个用户获得一个“当前目录”，用户对文件的访问都是相对于“当前目录”下的，可以通过“向上走”的方式去访问其上级目录，一般用“*”表示一个目录的父目录。2.连接法:一些系统为用户指定使用目录，用户要访问指定目录开始的子树返回本章首页第6章文件管理（a）对文件的连接（b）对目录的连接下一页第6章文件管理6.6.2文件的保护1．存取控制矩阵2．存取控制表3．用户权限表下一页第6章文件管理文件用户12345678101001001210100100300010010401010100510101001600011100701100010表6.1存取控制矩阵下一页第6章文件管理表6-3存取控制表表6-4用户权限表文件用户WW用户文件名I组文件名RWE文件ARWEB组R文件BREB组W文件CRWC组E文件DE其他NONE……文件XR第6章文件管理常见的文件的存取权限一般有以下几种：（1）E：表示只执行。（2）R：表示只读。（3）W：表示只写。（4）B：表示只在文件尾写。（5）D：表示删除。下一页第6章文件管理6.6.3文件的保密文件安全性的另一方面是文件的保密，文件的保密是指防止他人窃取文件。常用的文件保密方法有以下几种。1.口令2.密码