操作系统的文件管理

第5章文件管理系统第5章文件管理系统第5章文件管理系统1.文件的定义文件是计算机系统中信息存放的一种组织形式，目前尚无严格的定义，下面给出两种有代表性的解释：（1）文件是具有标识符的相关字符流的集合。（2）文件是具有标识符的相关记录（一个有意义的信息单位）的集合。这两种解释定义了两种文件形式：前者说明文件是由字节组成，这是一种无结构的文件，或称流式文件。后者说明文件是由记录组成。而记录则是由一组相关信息项组成。5.1.1什么是文件第5章文件管理系统2.文件命名一般情况下，一个文件是一组逻辑上具有完整意义的信息集合，并赋以一个文件名。文件名由用户给定，它是由字母或数字组成的一个字符串，用来标识文件。文件名是文件存在的标识，操作系统根据文件名来对其进行控制和管理。第5章文件管理系统2.文件命名各个操作系统的文件命名规则略有不同，即文件名的格式和长度因系统而异。一般来说，文件名由文件名和扩展名两部分组成，中间用“·”隔开。它们都是字母或数字组成的字母数字串。扩展名也称为文件后缀，利用扩展名可以区分文件的属性。第5章文件管理系统1.文件分类(1)按文件的性质和用途分类系统文件程序库文件用户文件(2)按保护级别分类不保护文件只读文件读写文件(3)按文件流向分类输入文件输出文件输入输出文件第5章文件管理系统2.文件名与属性(1)文件名用户使用文件名存取文件系统使用文件内部标识符管理文件(2)文件扩展文件扩展表示了文件的使用特征如：.c.txt.exe等(3)文件属性文件的属性字，表示文件类别、保护级等信息。第5章文件管理系统5.1.2文件系统文件系统是操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构，它是由管理文件所需的数据结构和相应的管理软件以及访问文件的一组操作组成。从系统的角度看：文件系统是一个负责文件存储空间管理的机构。从用户的角度看：文件系统是用户在计算机上存储信息、和使用信息的接口。第5章文件管理系统通用文件系统应具有以下功能：1、管理文件的存储介质；2、实现文件名到物理地址的映射；3、提供用户对文件和目录操作的命令；4、提供用户共享文件的机制；5、提供文件的存取控制的机制，保障文件及文件系统的安全性。第5章文件管理系统5.2文件的逻辑结构与存取方法一.文件的两种结构1.文件的逻辑结构(1)什么是文件的逻辑结构从用户角度看到的文件面貌。即用户对信息进行逻辑组织形成的文件结构。(2)研究文件逻辑结构的目的为用户提供一种逻辑结构清晰、使用简便的逻辑文件形式。用户按文件的逻辑结构形式去存储、检索和加工文件中的信息。第5章文件管理系统2.文件的物理结构什么是文件的物理结构:文件在物理存储器中的组织形式。文件的物理结构主要是指磁盘上文件的结构。研究文件物理结构的目的选择工作性能良好、设备利用率高的物理文件形式。系统按照文件的物理结构形式和外部设备打交道，控制信息的传输。5.2.1文件的两种结构第5章文件管理系统3.逻辑记录与物理记录(磁盘块)(1)逻辑记录逻辑记录是文件中按信息在逻辑上的独立含义来划分的信息单位。逻辑记录是对文件进行存取操作的基本单位。(2)物理记录在存储介质上，由连续信息所组成的一个区域称为块，也叫物理记录。(3)逻辑记录与物理记录的区别与关系一个是逻辑的概念，一个是物理的概念逻辑记录最终在存放到物理记录上5.2.1文件的两种结构第5章文件管理系统有结构文件中记录组织的原则:*有利于快速访问文件记录*易于修改*存储代价小*维护简单*可靠性高第5章文件管理系统1.流式文件流式文件是相关的有序字符的集合。是无结构的。流式文件是按信息的个数或以特殊字符为界进行存取的。–无结构的流式文件是相关的有序字符的集合。文件的长度为所含字符数。–UNIX、DOS、WINDOWS系统中的普通文件都是流式文件。2.记录式文件记录式文件是一种有结构的文件。这种文件在逻辑上总是被看成一组连续顺序的记录的集合。定长记录与变长记录5.2.2文件的逻辑结构第5章文件管理系统5.2.2文件的逻辑结构和存取方法2、记录式文件每个记录由彼此相关的域构成。记录可按顺序编号为记录1，记录2，…，记录n。如果文件中所有记录的长度都相同，则这种文件为定长记录文件。定长记录文件的长度=记录个数x记录长度。变长记录文件的长度为各记录长度之和。例如:学生登记表文件xsdjb.dbf姓名学号籍贯通信地址邮政编码李铭925678武昌武昌关山街125号430074司马乐925679北京北京海军路88号100034第5章文件管理系统记录文件1.顺序文件：通常为定长记录2.索引文件：为每个记录建立一张索引表，加速对记录的检索速度3.索引顺序文件：为每组记录建立一个索引表第5章文件管理系统顺序文件关键字顺序文件第5章文件管理系统索引文件索引号0长度m指针ptrm01m1…imi…索引表R0R1…Ri…逻辑文件索引文件的组织第5章文件管理系统5.2.2文件的逻辑结构和存取方法3、两种文件的比较流式文件就象给一张白纸给用户，用户可将他的信息任意地写到纸上，没有任何格式上的限制。记录式文件就象给一张表格给用户，用户要按表规定的格式填信息。显然，结构式文件对用户的限制很大，使用起来就不方便。第5章文件管理系统北京理工大学2002填空题1.根据文件的逻辑结构，文件分为（）和记录式文件2.在文件系统中，用于文件的标识，并按其进行存取的是文件的（）答案：1.流式文件2.文件名第5章文件管理系统5.2.2文件的逻辑结构和存取方法存取方法顺序存取：后一次存取总是在前次存取的基础上进行的。每次存取不必给出存取开始的位置。随机存取（直接存取）：用户以任意次序请求某个记录。随机存取时要指出起始存取位置(例如记录号、字符序号)。第5章文件管理系统5.3文件的物理结构一个文件存储介质，格式化后就分成许多大小相等的单位－－存储块（物理盘块），在现代计算机系统中，一般来说，每个物理块是一个磁盘的扇区，512字节。并给每个存储块有个编号，称为物理块号。目前有三种基本结构，即连续文件结构、串联文件结构(链接文件)和索引文件结构。第5章文件管理系统5.3文件的物理结构第5章文件管理系统5.3文件的物理结构5.3.1连续文件第5章文件管理系统连续分配1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcountfilestartlengthcount02tr143mail196list284f62目录trf磁盘空间的连续分配第5章文件管理系统5.3.1连续文件评价：优点：结构简单，实现容易，不需要额外的开销。缺点：–用户创建文件时要给出文件的大小；–要求有连续的存储空间–不利于文件的动态增加和修改；连续文件是一种连续结构的文件，对每个文件要求存放在存储介质上的连续的物理块中，存储空间利用率不高。类似于存储管理中的分区第5章文件管理系统连续文件的存取方式(1)顺序存取对连续文件顺序存取时十分方便。当文件打开时，可存取记录0，然后，可依次顺序存取每一个记录。因为，序号为i+1的记录，其物理位置一定紧跟在i号记录之后。第5章文件管理系统(2)随机存取问题：在连续文件结构下，当要存取记录r时，应如何操作？设文件为定长记录，且记录长度为l，给定记录号为r，磁盘物理块大小为size：相对块号计算为：b=(l*r)/size从该文件目录项中，查得记录0所在的磁盘块号b0将记录０所在的磁盘块号b0加上相对块号，得到该记录的磁盘物理块号ＢＢ=b0+b非常类似于数组的存取。第5章文件管理系统练习题给定一个连续文件有100个存储块，由于磁盘操作需要一块插入在文件中间，现已插入该块，该块的最小编号为多少？（）①2②52③101④151答案③第5章文件管理系统1.什么是串联文件串联文件结构是按顺序由串联的块组成的，即文件的信息存于若干块物理块中，隐式链接，每个物理块的最末一个字作为链接字，它指出后继块的物理地址。文件的最后一块的链接字为结束标记“∧”，它表示文件至本块结束。类似数据结构的链表5.3.2串联文件结构第5章文件管理系统2.串联文件的结构文件A100r157r2r0150磁盘块号100磁盘块号150磁盘块号57文件目录文件A目录项第5章文件管理系统磁盘空间的隐式链接分配25123056749101181314151217181916212223202526272429303128filestartendjeep925目录101-116第5章文件管理系统5.3.2串联文件这种文件结构不要求连续存放。问题：在串联文件结构下，当要插入Ri记录时，应如何操作?第5章文件管理系统5.3.2串联文件第5章文件管理系统5.3.2串联文件评价：1.存储空间利用率高；2.文件创建时用户不必指出文件的大小；3.文件动态扩充和修改容易。4.顺序存取效率高，随机存取效率太低，如果访问文件的最后的内容，实际上是要访问整个文件。类似于存储管理中的页式第5章文件管理系统5.3.3文件照映为了克服链接文件的存取效率太低的问题，人们提出文件映照的技术，即把链接文件中的链接字集中在一结构中，显式链接。这样既保持了链接文件的优点，也克服了其缺点，DOS、WINDOWS系统就采用了这样结构。第5章文件管理系统5.3.3文件照映FAT：文件分配表，磁盘格式化后建立。FAT每个表项对应磁盘的一个盘块，其中用来存放分配给文件的下一个盘块的块号第5章文件管理系统6EOF11105EOF0123456789FATFCBA4FCBB9第5章文件管理系统链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存在的问题，但又出现了另外两个问题，(1)不能支持高效的直接存取。要对一个较大的文件进行直接存取，须首先在FAT中顺序地查找许多盘块号。(2)FAT需占用较大的内存空间，只有将整个FAT表调入内存才能找到对应的盘块号。第5章文件管理系统1.什么是索引文件系统为每个文件建立逻辑块号与物理块号的对照表。这张表称为该文件的索引表。文件由数据文件和索引表构成。这种文件称为索引文件。5.3.4索引文件结构第5章文件管理系统索引文件结构这种文件结构的数据结构是文件的索引表，每个文件有一个索引表，表中每个表目包括：逻辑块号，物理块号。第5章文件管理系统2.索引文件结构文件A索引表指针文件A目录项r0r1文件目录逻辑块号物理块号023119226329r2r3磁盘块号23磁盘块号19磁盘块号26磁盘块号29文件索引表第5章文件管理系统3.索引文件的操作索引文件在存储区中占两个区：索引区和数据区。索引区存放索引表，数据区存放数据文件本身。访问索引文件需要两步操作——查文件索引，由逻辑块号查得物理块号由此磁盘物理块号而获得所要求的信息。4.索引文件的特点易于文件的增删直接读写任意记录5.索引表的组织——多级索引第5章文件管理系统两级索引分配012……………105106254356357985105106254740356357…1125985360740…1125…主索引360第二级索引磁盘空间两级索引分配第5章文件管理系统索引分配的优点:(1)索引分配方法支持文件的直接存取;(2)索引分配能满足文件的动态增长;(3)利用多级索引可以支持大型文件的存取.索引分配的不足:(1)对于文件过小,索引节点的利用率较低;(2)如果文件太大,建立多级索引会花费很长时间而且需要海量存储.第5章文件管理系统混合索引分配方式第5章文件管理系统(1)直接地址。为了提高对文件的检索速度，在索引结点中可设置10个直接地址项，即用iaddr(0)-iaddr(9)来存放直接地址。换言之，在这里的每项中所存放的是该文件数据的盘块的盘块号。假如每个盘块的大小为4KB，当文件不大于40KB时，便可直接从索引结点中读出该文件的全部盘块号。第5章文件管理系统(2)一次一级索引。对于大、中型文件，只采用直接地址是不现实的。为此，可再利用索引结点中的地址项iaddr(10)来提供一次一级索引分配方式。系统将分配给文件的多个盘块号记入其中。在一级索引块中可存放1K个盘块号，