操作系统 第6章 文件管理ppt课件

1第6章文件管理主要内容6.1文件6.2文件目录6.3文件组织与数据存储6.4文件系统其他功能的实现6.5Linux的文件管理6.6Windows2003文件系统2文件系统概述(1)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。文件的逻辑结构和存储结构。逻辑文件和物理文件。3文件系统概述(2)文件系统面向用户的功能文件的按名存取文件目录建立和维护实现逻辑文件到物理文件的转换文件存储空间的分配和管理提供合适的文件存取方法实现文件的共享、保护和保密提供一组可供用户使用的文件操作46.1文件6.1.1文件概念6.1.2文件命名6.1.3文件类型6.1.4文件属性6.1.5文件存取方法56.1.1文件的概念文件是由文件名字标识的一组信息的集合，操作系统提供文件之后：便于用户使用文件安全可靠实现文件共享66.1.2文件的命名文件是一个抽象机制，提供了把文件保存在磁盘上，用户不必了解信息存储细节且便于读取的方法，这一抽象机制中最重要的是文件命名。文件名是字母或数字组成的字母数字串，它的格式和长度因系统而异。76.1.3文件的类型有很多种文件分类方法用途：系统文件、库文件、用户文件；保护级别：只读文件、读写文件、不保护文件；信息流向：输入文件、输出文件、输入输出文件；存放时限：临时文件、永久文件、档案文件；数据类型：源程序文件、目标文件、可执行文件；设备类型：磁盘文件、磁带文件、软盘文件；8UNIX/Linux操作系统支持的文件类型：普通文件：源程序文件、数据文件、目标代码文件、操作系统文件、库文件、实用程序文件等；目录文件：由文件目录所构成的用来维护文件系统结构的系统文件；特别文件：块设备文件、字符设备文件、管道文件。96.1.4文件的属性文件基本属性名称、扩展名、属主ID、所属组ID等;文件类型属性文件保护属性文件管理属性创建时间、最后访问时间、最后修改时间等；文件控制属性最大长度，打开次数等。10文件保护属性(1)文件保护属性用于防止文件被破坏，称为文件保护。包括两个方面：防止系统崩溃所造成的文件破坏；防止文件主和其他用户有意或无意的非法操作所造成的文件不安全性。11文件保护属性(2)防止系统崩溃造成文件破坏的方法：定时转储多副本防止文件主和其他用户有意或无意的非法操作所造成的文件不安全性的方法：访问控制--防止文件主和其他用户有意或无意的非法操作所造成的文件不安全性，基本思想是建立三元组：（用户、对象、存取权限)12文件保护属性(3)－UNIX例三种访问模式：read、write、execute三类用户：RWXa)owneraccess7111（文件主）b)groupaccess6110（同组用户）c)publicaccess5101（其他用户）136.1.5文件的存取存取方法是操作系统为用户程序提供的使用文件的技术和手段。存取方法顺序存取严格按照记录排列的顺序依次存取直接存取根据记录号立即存取所需记录索引存取先按名搜索，再查找所需要的记录146.2文件目录6.2.1文件控制块、文件目录与目录文件6.2.2层次目录结构6.2.3目录的检索15文件系统的分层结构文件管理--实现文件的逻辑结构，为用户提供各种文件系统调用，及文件访问权限的设置等工作；目录管理--负责查找文件描述符，进而找到需要访问的文件，及进行访问权限检查等工作；磁盘主存映射管理--将文件的逻辑地址转换成磁盘的物理地址，即由逻辑块号找到柱面号、磁道号和扇区号，具体的数据传输操作由设备管理实现。166.2.1文件目录与文件目录项(1)文件系统实现“按名存取”文件的重要手段是文件目录。文件系统基本功能之一是负责文件目录的建立、维护和检索。文件目录项又称文件控制块FCB(FileControlBlock)。17文件目录与文件目录项(2)文件目录项内容文件标识和控制信息文件逻辑结构信息文件物理结构信息文件使用信息文件管理信息18文件目录与文件目录项(3)文件目录将FCB集中进行管理，组成文件目录。文件目录包含许多目录项。文件目录项目录项有两种，分别用于描述子目录和文件的FCB。全部由目录项所构成的文件称为目录文件。目录文件目录文件永远不会空，至少包含两个目录项：当前目录项“.”和父目录项“..”。196.2.2层次目录结构(1)Linux层次目录结构Btestfile.ctty00／devusrlibetchometty01binlibmanpasswdvarfei1myfile.cgettyfei3fei2fei4fei5tmp20桌面我的电脑软盘(A:)本地磁盘(C:)本地磁盘(D:)user1user2…CD驱动器(E:)…网络邻居回收站…Windows层次目录结构21层次目录结构(2)每一级目录可以是下一级目录的说明，也可以是文件的说明，形成层次关系。多级目录结构采用树形结构，是一棵倒向有根树，树根是根目录；从根向下，每个树枝是一个子目录；而树叶是文件。树型多级目录优点能确切地反映系统内部文件的分支结构；不同的文件可以重名，只要它们不位于同一末端子目录中。22层次目录结构(3)路径名目录路径名文件路径名绝对路径名相对路径名236.2.3文件目录的检索(a)用户角度目录结构usrmyfilxyzhomefei1myfile.cfei3fei2Afei4fei5testfile.cB685．100．．941A270fei1250fei2770fei3270．685．．302myfile.c250．685．．302myfile.c770．685．．345fei4565fei5345．770．．302testfile.c565．770．．824B不同角度的目录结构(b)系统角度目录链接24文件名14Bi-node#2B…………mytest.c56…………目录文件的内容…………存取权限，大小，文件主，建立/修改日期，磁盘地址等56文件属性i-node#磁盘上的i-node表64BUNIX中的文件控制块:i-node索引节点25思考：UNIX使用i-node的好处是什么？因为按文件名检索目录文件时，只用到了文件名。当找到该文件名时，才需要它的其它描述信息。所以在把存放该目录文件的盘块从外存调入内存进行比较时，应使一个盘块中包含尽量多的文件名，以减少启动磁盘次数，加快按名存取的速度。所以引入索引结点。例：设物理块大小为512B，某目录下有128个文件。原来的FCB占64B，则每物理块能容纳512/64=8个FCB，则该目录文件需占128/8=16块，查找一个文件的平均访盘次数为：（1+16）/2=8.5次。采用i-node后：文件名部分有16B，i-node部分有64B，每物理块能容纳512/16=32个文件名部分或512/64=8个i-node，则该目录的文件名部分需占128/32=4块，i-node部分需占128/8=16块。查找一个文件的平均访盘次数为：（1+4）/2+1=3.5次。266.3文件组织与数据存储6.3.1文件的存储6.3.2文件的逻辑结构6.3.3文件的物理结构276.3.1文件的存储(1)卷是存储介质的物理单位。一张光盘一个硬盘分区一盘磁带28文件的存储(2)块是存储介质上连续信息所组成的一个区域，也叫物理记录。块是主存储器和辅助存储设备信息交换的物理单位，每次交换一块或整数块。决定块的大小要考虑到用户使用方式、数据传输效率和存储设备类型等多种因素。不同类型的存储介质，块的长短常常各不相同；同一类型的存储介质，块的长短也可以不同。间隙是块之间不记录用户代码信息的区域。296.3.2文件的逻辑结构1、流式文件和记录式文件(1)文件组织指文件中信息的配置和构造方式，应该从文件的逻辑结构和组织及文件的物理结构和组织两方面考虑。文件的逻辑结构和组织是从用户观点出发，研究用户概念中的信息组织方式，这是用户能观察到，可加以处理的数据集合。30流式文件和记录式文件(2)文件的逻辑结构分两种形式：流式文件：指文件内的数据不再组成记录，只是依次的一串信息集合，可以看成是只有一个记录的记录式文件。记录式文件：包含若干逻辑记录，逻辑记录是文件中按信息在逻辑上的独立含意划分的信息单位。记录式顺序文件记录式索引顺序文件312、成组和分解(1)－逻辑记录和块的关系逻辑记录是按信息在逻辑上的独立含义划分的单位，块是存储介质上连续信息所组成的区域。逻辑记录被存放到文件存储器的存储介质上时，可能占用一块或多块，也可以一个物理块包含多个逻辑记录。块因子：若干逻辑记录合并成一组，写入一块叫做记录成组，每块中的逻辑记录的个数称为块因子。成组操作：现在系统输出缓冲区内进行，凑满一块后才将缓冲区内的信息写到存储介质上。分解操作：当存储介质上的一个物理块读进系统输入缓冲区后，把逻辑记录从块中分离出来。32成组和分解(2)－记录成组和分解处理过程逻辑记录1逻辑记录2逻辑记录3物理记录逻辑记录用户缓冲区系统缓冲区333、记录格式和记录键记录格式：记录内数据的排列方式。定长记录长度相同，相对位置固定处理方便，易于控制变长记录长度不同，但处理之前能预先确定处理复杂，但能节省存储空间跨块记录逻辑记录大于块长，跨越物理块由文件系统自动分割和组装344、记录键记录键：用于标识某条逻辑记录的数据项主键，次键单键记录，多键记录采用键标识逻辑记录的格式定长记录存储时分为两个字段记录键记录信息变长记录存储时分为三个字段单个变长逻辑记录的记录键和记录信息的字节数记录键记录信息356.3.3文件的物理结构(1)文件的物理结构和组织是指逻辑文件在物理存储空间中存放方法和组织关系。文件的存储结构涉及：块的划分、记录的排列、索引的组织、信息的搜索，其优劣直接影响文件系统的性能。36计算法设计映射算法，对记录键进行计算转换成对应的物理地址，从而找到所需要的记录。顺序文件指针法设置专门的指针，指明相应的物理地址或表达各记录之间的关联。索引文件、连接文件构造文件物理结构的方法文件的物理结构(2)371、顺序文件(连续文件)文件中逻辑上连续的信息存放到存储介质的依次相邻的块上便形成顺序文件。逻辑记录顺序和物理记录顺序完全一致的文件，通常，记录按出现的次序被读出或修改。顺序文件的优点存取记录时速度较快顺序文件的缺点建立文件之前需要预先确定文件长度；修改、插入和添加文件记录有一定的难度；对于变长记录的处理很困难；对磁盘做连续分配，会造成空闲块的浪费。382、连接文件(串联文件)(1)连接文件结构示意图文件控制块……039连接文件使用连接字，又叫指针来表示文件中各个记录之间的关系引进指向其它数据的连接表示是计算机程序设计的一种重要手段，是表示复杂数据关系的一种重要方法。连接文件(串联文件)(2)40连接结构的优点存放信息的物理块不必连续，借助指针表达记录之间的逻辑关系；适宜于增、删、改。连接结构的缺点必须将连接字和数据信息混合存放，会破坏数据块的完整性；存取信息必须通过缓冲区，待获得连接字后，才能找到下一个物理块的地址，仅适宜于顺序存取。连接文件变种:堆栈、队列连接文件(串联文件)(3)413、直接文件(哈希文件)(1)记录的关键字与其地址间可通过某种方式建立对应关系，利用这种关系实现存取的文件叫直接文件。hash技术要建立hash表，hash表是一个指针数组，数组通过索引访问，找到的指针便指向数据记录。索引是与数据记录有关的关键字或其变换。42直接文件(哈希文件)(2)假定有一个文件系统，用散列法来管理FCB，hash文件的设计过程：步1构造转换(hash)函数设文件名为8个ASCⅡ字符。构造的hash函数为模2加“⊕”，求已知文件名的ASC