《操作系统》第六章文件管理

第六章文件管理1第六章文件管理6.1文件和文件系统6.2文件的逻辑结构6.3外存分配方式6.4目录管理6.5文件存储空间的管理6.6文件共享与文件保护6.7数据一致性控制第六章文件管理26.1文件和文件系统6.1.1文件、记录和数据项6.1.2文件类型和文件系统模型6.1.3文件操作第六章文件管理36.1文件和文件系统文件：由创建者所定义的，具有文件名的一组相关元素的集合。有结构的文件中，文件由若干个相关记录组成。无结构文件则被看成是一个字符流。第六章文件管理46.1.1文件、记录和数据项记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性。一个记录由多个数据项组成。数据项是数据组织中可以命名的最小逻辑单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。第六章文件管理56.1.1文件、记录和数据项数据项记录学号姓名性别年龄班级01张三男20JSJ04－502李四男20JSJ04－540王五男20JSJ04－5文件第六章文件管理66.1.1文件、记录和数据项文件的属性：文件类型文件长度文件的物理位置文件的建立时间第六章文件管理76.1.2文件类型和文件系统模型按用途分类系统文件、用户文件、库文件按文件中数据的形式分类源文件、目标文件、可执行文件按存取控制属性分类只执行文件、只读文件、读写文件第六章文件管理86.1.2文件类型和文件系统模型命令接口，程序接口文件，目录，磁盘存储空间文件系统接口对对象操纵和管理的软件集合对象及其属性用户（程序）文件系统模型第六章文件管理96.1.3文件操作创建文件。删除文件。读文件。写文件。截断文件。设置文件的读/写位置。文件的“打开”和“关闭”操作。第六章文件管理106.2文件的逻辑结构6.2.1文件逻辑结构的类型6.2.2顺序文件6.2.3索引文件6.2.4索引顺序文件6.2.5直接文件和哈希文件第六章文件管理116.2文件的逻辑结构文件的逻辑结构：从用户观点出发所观察到的文件组织形式，又称为文件组织。检索速度快；便于修改；存储空间少。文件的物理结构：是指文件在外存上的存储组织形式，又称为文件的存储结构。第六章文件管理126.2.1文件逻辑结构的类型无结构文件即流式文件。其长度以字节为单位。对流式文件的访问，则是采用读写指针来指出下一个要访问的字符。在UNIX系统中，所有的文件都被看作是流式文件；即使是有结构文件，也被视为流式文件；系统不对文件进行格式处理。第六章文件管理136.2.1文件逻辑结构的类型有结构文件：是指由一个以上的记录构成的文件，又称为记录式文件。根据记录长度分类定长记录变长记录根据组织方式分类顺序文件索引文件索引顺序文件直接文件第六章文件管理146.2.2顺序文件逻辑记录的排序串结构：各记录之间的顺序与关键字无关。通常由时间来决定。顺序结构：文件中的所有记录按关键字排列。对顺序文件的读/写操作定长记录文件变长记录文件第六章文件管理15对顺序文件的读/写操作R0R1R2R3…Ri…LLLLLL2L3L4LL(i＋1)LRptr(a)定长记录文件0定长记录文件，要查找第i个记录：Ai=i×L第六章文件管理16对顺序文件的读/写操作L0R0L1R1…Ri…Wptr(b)变长记录文件Li0L0L0＋1L1L0＋L1＋2Li∑(Lk＋1)i－1k＝0∑(Lk＋1)ik＝0变长记录文件，要查找第i个记录，须顺序地查找每个记录，从中获得相应记录的长度Li：10iiiiiLA第六章文件管理17顺序文件的优缺点优点对记录进行批量存取时效率最高。适合存储在磁带上。缺点查找或修改记录，比较困难。增加或删除记录，比较困难。第六章文件管理186.2.3索引文件索引号0长度m指针ptrm01m1…imi…索引表R0R1…Ri…逻辑文件第六章文件管理196.2.4索引顺序文件索引顺序文件是顺序文件和索引文件相结合的产物。它将顺序文件中的所有记录分为若干个组；建立一张索引表，在索引表中为每组中的第一个记录建立一个索引项，其中含有该记录的键值和指向该记录的指针。第六章文件管理206.2.4索引顺序文件键AnQiBaoRongChenLin逻辑地址姓名AnQiAnKang其它属性BaoRong…逻辑文件第六章文件管理216.2.5直接文件直接文件可根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址。换言之，记录键值本身就决定了记录的物理地址。这种由记录键值到记录物理地址的转换被称为键值转换。组织直接文件的关键，在于用什么方法进行从记录值到物理地址的转换。第六章文件管理226.2.5直接文件哈希文件：利用Hash函数（或称为散列函数），将记录键值转换为相应记录的地址。f(x)目录表键值keyHash函数f(key)=100*ASCII(key)第六章文件管理236.3外存分配方式6.3.1连续分配6.3.2链接分配6.3.3FAT和NTFS技术6.3.4索引分配第六章文件管理246.3外存分配方式磁道磁盘的结构扇区第六章文件管理256.3.1连续分配1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcountfilestartlengthcount04tr143mail198list284f67目录trf产生外存碎片，可用紧凑方法。第六章文件管理266.3.1连续分配顺序访问容易。顺序访问速度快。要求有连续的存储空间。必须事先知道文件的长度。第六章文件管理276.3.2链接分配25123056749101181314151217181916212223202526272429303128filestartendjeep925目录101-116隐式链接适用于顺序访问，随机访问低效。16110-125第六章文件管理286.3.2链接分配显式链接FAT：MS-DOS、Windows9x/Me文件结构6EOF11105EOF0123456789FATFCBA4FCBB9第六章文件管理296.3.3FAT与NTFS技术磁道扇区簇减少查找盘块数。增大内部碎片。第六章文件管理306.3.3FAT与NTFS技术FAT12早期MS-DOS一个物理磁盘可分成四个逻辑磁盘（卷、分区）。每个分区有两张文件分配表FAT1和FAT2。1.2MB的软盘，每个盘块为512B，FAT中有2.4K个表项，每个表项占12位，FAT占3.6KB。最大磁盘容量：第六章文件管理316.3.3FAT与NTFS技术FAT12磁盘容量：最多8M。（4096clusters×4sectors×512bytes）FAT16磁盘容量：最多2G。FAT32磁盘容量：最多32G。缺点不能支持高效的直接存取。FAT需占用较大的内存空间。第六章文件管理32FAT与NTFSNTFS：WindowsNT/2000/XP支持2TB。分区在8GB以下，FAT32会更高效，分区在16GB以上，最好选择NTFS文件系统。由于DOS系统不支持NTFS系统，所以最好将C:盘制作为FAT32系统，这样在系统崩溃后便于在DOS系统下修复。第六章文件管理336.3.4索引分配123056749101181314151217181916212223202526272429303128countfile块序号jeep19目录91611025－1－1－119第六章文件管理346.3.4索引分配优点支持直接访问。没有外部碎片。大文件优于链接分配。缺点索引块占用外存。小文件索引块利用率低。第六章文件管理35多级索引分配012……………105106254356357985105106254740356357…1125985360740…1125…主索引360第二级索引磁盘空间第六章文件管理366.3.4索引分配混合索引分配直接地址一次间接地址多次间接地址modeowners(2)timestamps(3)sizeblockcounti.addr(0)i.addr(1)directblockssingleindirectdoubleindirecttripleindirectdatadatadatadata……datadata………datadatadatadata第六章文件管理376.4目录管理6.4.1文件控制块和索引结点6.4.2目录结构6.4.3目录查询技术第六章文件管理386.4目录管理文件目录用于标识系统中的文件及其物理地址，供检索使用。对目录管理的要求：实现“按名存取”。提高对目录的检索速度。文件共享。允许文件重名。第六章文件管理396.4.1文件控制块和索引结点用于描述和控制文件的数据结构，称为文件控制块(FCB)，文件与文件控制块一一对应。文件控制块的有序集合称为文件目录，即一个文件控制块就是一个文件目录项。一个文件目录也被看作一个文件，称为目录文件。第六章文件管理406.4.1文件控制块和索引结点文件控制块基本信息文件名；文件物理位置；文件逻辑结构；文件的物理结构存取控制信息使用信息MS-DOS的文件控制块文件名扩展名属性备用时间日期第一块号盘块数第六章文件管理41索引结点UNIX的文件目录：文件名与描述信息分开。文件描述信息存放在索引结点（i结点）中。文件目录中的目录项只存放文件名和指向i结点指针。文件名索引结点编号文件名1文件名2……第六章文件管理42磁盘索引结点存放在磁盘上的索引结点。每个文件有唯一的一个磁盘索引结点，主要包括以下内容：文件所有者标识符文件类型文件存取权限文件物理地址(13个地址项)文件长度文件连接计数文件存取时间第六章文件管理43内存索引结点放在内存中的索引结点。当文件被打开后，将磁盘索引结点拷贝到内存索引结点中以便使用。比磁盘索引结点又增加了以下内容：索引结点编号链接指针第六章文件管理446.4.2目录结构单级目录结构：最简单的目录结构。整个文件系统中只建立一张目录表，每个文件一个目录项，目录项含有文件相关信息。状态位表明每个目录项是否空闲。文件名物理地址文件说明状态位文件名1文件名2……第六章文件管理456.4.2目录结构单级目录优点简单且能实现目录管理的基本功能——按名存取。查找速度慢。不允许重名。不便于实现文件共享。第六章文件管理466.4.2目录结构两级目录每个用户一个文件目录(UFD)主文件目录(MFD)用户名WangZhangGao指向子目录指针Wang用户目录AlphaTestAlphaTestReportTestZhang用户目录ReportTestGao用户目录BetaDeviceMisxBetaDeviceMisx第六章文件管理476.4.2目录结构提高了检索目录的速度。在不同的用户目录中，可以使用相同的文件名。不同用户使用不同的文件名访问系统中同一个共享文件。第六章文件管理486.4.2目录结构多级目录（树型目录）结构ABCFED13ABD2GA4AC5671011JNK12JMK13AHF141516b1718192021a89第六章文件管理49多级目录路径名：从根目录到任何数据文件，都只有一条惟一的通路。在该路径上从树的根(即主目录)开始，把全部目录文件名与数据文件名，依次地用“/”连接起来，即构成该数据文件的路径名。例如，在上图中用户B为访问文件J，应使用其路径名/B/F/J来访问。第六章文件管理50多级目录当前目录（工作目录）：为了提高文件检索速度，文件系统向用户提供了一个当前正在使用的目录，称为当前目录（也称工作目录或值班目录）。查找一个文件可从当前目录开始。把从当前目录开始直到数据文件为止所构成的路径名，称为相对路径名；而把从树根开始的路径名称为绝对路径名。第六章文件管理516.4.2目录结构增加目