计算机操作系统(汤小丹第三版)第5章设备管理第6章文

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2第六章文件管理文件系统的功能：*用户可执行创建、修改、删除读写文件的命令；*用户能以合适的方式构造他的文件；*用户能在系统的控制下，共享其他用户的文件；*允许用户用符号名访问文件；*系统应有转存和恢复文件的能力，以防止意外事故的发生；*系统应提供可靠保护及保密措施。第六章文件管理36.1文件和文件系统6.1.1文件、记录和数据项文件：是由创建者所定义的，具有符号名的一组相关联元素的有序序列，可分为有结构文件和无结构文件。文件系统：指负责存取和管理辅助存储器上文件信息的机构数据项：用于描述一个对象的某种属性的字符集。记录：一组描述一个对象某方面属性的相关数据项的集合。第六章文件管理4图6-1文件、记录和数据项之间的层次关系文件记录1记录2…记录n数据项1数据项2…数据项n(1)文件类型(2)文件长度(3)物理位置(4)建立时间6.1.1文件、记录和数据项第六章文件管理56.1.2文件类型和文件系统模型1、1)按用途分类(1)系统文件(2)用户文件(3)2)按文件中数据的形式分类(1)源文件(2)目标文件(3)可执行文件3)按存取控制属性(1)只执行文件(2)只读文件(3)读写文件4）按组织形式分类（1）普通文件（2）目录文件（3）特殊文件第六章文件管理62、文件系统模型图6-2文件系统模型第六章文件管理76.1.3文件操作(1)创建文件(2)删除文件(3)读文件(4)写文件(5)截断文件(6)设置文件的读/写位置1、最基本的文件操作第六章文件管理86.1.3文件操作2、文件的操作功能对整体文件而言：（1）打开（open)（2）关闭（close)（3）建立(create)（4）撤消（destory)（5）复制（copy)（6）改变文件名（rename)（7）显示文件内容（list)对文件中的数据项而言：（1）读（read）（2）写（write）（3）修改（update）（4）插入（Insert）（5）删除（delete）第六章文件管理96.2文件的逻辑结构文件的逻辑结构：是从用户的观点出发，所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性。文件的物理结构：又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。（顺序、链接、索引）文件逻辑结构的要求：提高检索效率、便于修改、降低文件的存储费用。第六章文件管理106.2.1文件逻辑结构的类型1、有结构文件（1）定长记录（2）变长记录（a）顺序文件（b）索引文件（c）索引顺序文件2、即流式文件，如：源程序、可执行文件、库函数等，采用指针来进行读写定位。第六章文件管理116.2.2顺序文件指由一系列记录，按某种顺序排列所形成的文件。对于顺序文件，知道了当前记录的地址，就能很方便放入确定一个要存取记录的地址。优、缺点：（1）管理简单、顺序存取速度快；（2）修改记录困难、要求连续存储空间；（3）必须事先知道文件的长度。第六章文件管理126.2.2顺序文件R0R1R2R3…Ri…LLLLLL2L3L4LL(i＋1)LRptr(a)定长记录文件L0R0L1R1…Ri…Wptr(b)变长记录文件Li00L0L0＋1L1L0＋L1＋2Li∑(Lk＋1)i－1k＝0∑(Lk＋1)ik＝0图6-3定长和变长记录文件第六章文件管理13索引文件为每个文件建立一张索引表，其中每一个表目指出文件中记录所在的物理块号。索引式文件组织，便于随机存取文件中的一个记录，是随机文件的一种。6.2.3索引文件优、缺点：（1）外存利用率高；（2）文件可动态增长，可顺序、直接访问；（3）访问两次辅存，索引表浪费空间。第六章文件管理14索引号0长度m指针ptrm01m1…imi…索引表R0R1…Ri…逻辑文件图6-4索引文件的组织6.2.3索引文件第六章文件管理156.2.4索引顺序文件键AnQiBaoRongChenLin逻辑地址姓名AnQiAnKang其它属性BaoRong…逻辑文件图6-5索引顺序文件第六章文件管理166.2.5直接文件和哈希文件1、直接文件根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址，记录键值本身就决定了记录的物理地址。2、哈希(Hash)文件图6-6Hash文件的逻辑结构fHash函数目录表键值第六章文件管理176.3外存分配方式6.3.1连续分配为每个文件分配一组邻接的磁盘块。优点：*顺序访问容易；*顺序访问速度较快；缺点：*要求具有较多的连续存储空间；*文件的长度事先确定，不便增长；顺序文件第六章文件管理186.3.1连续分配图6-7磁盘空间的连续分配filestartlengthcount02tr143mail196list284f62目录1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcounttrf第六章文件管理196.3.2链接分配文件存储在由链接指针连接的多个离散的磁盘块中。优点：*消除了外存碎片，提高了外存空间的利用率；链接文件*利于文件的动态增长，便于文件的增、删、修改等操作。第六章文件管理206.3.2链接分配链接文件文件目录中每个目录项（FCB）都存放指向链接文件的首尾盘块的指针。*利于文件顺序操作，不便于随机访问。1、隐式链接：把用于链接文件各物理块的指针，显示的存放在一张链接表中；整个磁盘一张，即文件分配表（FAT）。*FAT需占用较大内存空间。2、显示链接：第六章文件管理216.3.2链接分配1、隐式链接图6-8磁盘空间的链接式分配25123056749101181314151217181916212223202526272429303128filestartendjeep925目录101-116第六章文件管理222、显式链接图6-9显式链接结构6.3.2链接分配012345物理块号2FCBFAT0451第六章文件管理23图6-10MS-DOS的文件物理结构2、显式链接6EOF11105EOF0123456789FATFCBA4FCBB9第六章文件管理246.3.3索引分配索引文件为每个文件分配一个索引块（表），记录该文件的所有盘块的指针。优点：*支持直接访问；*不会产生外部碎片；*支持多级索引。（1）单级索引（2）多级索引（3）混合索引第六章文件管理25图6-12索引分配方式1、123056749101181314151217181916212223202526272429303128countfile块序号jeep19目录9161102511119第六章文件管理262、多级索引分配图6-13两级索引分配012……………105106254356357985105106254740356357…1125985360740…1125…主索引360第二级索引磁盘空间第六章文件管理27图6-14混合索引方式3、混合索引分配方式（1）直接地址（2）一次间接地址（3）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286.4目录管理(1)实现“按名存取”；(2)提高对目录的检索速度；(3)文件共享；(4)允许文件重名。第六章文件管理296.4.1文件控制块和索引结点1、文件控制块图6-15MS-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（1）基本信息类①文件名；③文件逻辑结构；②文件物理位置；④文件的物理结构；（2）存取控制信息类（3）使用信息类第六章文件管理30（1）磁盘索引结点文件主标识符文件类型文件存取权限文件物理地址文件长度文件连接计数文件存取时间2、索引结点（2）内存索引结点索引结点编号状态访问计数逻辑设备号链接指针第六章文件管理316.4.2目录结构1、单级目录结构文件名物理地址文件说明状态位文件名1文件名2……（1）查找速度慢（2）不允许重名（3）不便于实现文件共享第六章文件管理322、两级目录图6-18两级目录结构用户名WangZhangGao指向子目录指针Wang用户目录AlphaTestAlphaTestReportTestZhang用户目录ReportTestGao用户目录BetaDeviceMisxBetaDeviceMisx（1）提高了目录检索速度；（2）允许文件同名；（3）方便文件共享。第六章文件管理333、多级目录结构图6-19多级目录结构ABCFED13ABD2GA4AC5671011JNK12JMK13AHF141516b1718192021a89第六章文件管理346.4.3目录查询技术1、线性检索法图6-20查找/usr/ast/mbox的步骤2、Hash方法第六章文件管理356.5文件存储空间的管理6.5.1空闲表法和空闲链表法1、空闲表法分配算法：*首次适应算法*循环首次适应算法*最佳适应算法*最差适应算法第六章文件管理362、空闲链表法：（1）空闲盘块链：（2）空闲盘区链：*回收合并算法6.5.1空闲表法和空闲链表法第六章文件管理371、位示图利用二进制的一位来表示磁盘中一个块的使用情况。0：盘块空闲，1：盘块已分配通常位示图可用m*n位数来构成；也可以用二维数组map[i,j]来表示。6.5.2位示法第六章文件管理382、盘块的分配：3、盘块的回收：*扫描位示图，找到“0”位：map[i,j]=0*转换成盘块号：b=n(i-1)+j*分配，修改位示图：map[i,j]=1*转换成行号：i=(b-1)DIVn+1j=(b-1)MODn+1*回收，修改位示图：map[i,j]=06.5.2位示法第六章文件管理396.5.3成组链接法图6-23空闲盘块的成组链接法100400399301300100300299…202201299…100400399…201301………9907999790179007899…78017999…7901空闲盘块号S.free019899第六章文件管理40文件共享与文件保护是文件系统中的一个重要问题，共享性与安全性是一个问题的两方面。文件共享：是指在不同用户之间共同使用某些文件。（1）是完成共同的任务的必需；（2）能节省大量辅存空间和主存空间；（3）减少输入/输出操作；（4）节省用户的劳动，减少重复开发。6.6文件共享与文件保护第六章文件管理41图6-24包含有共享文件的文件系统6.6.1基于索引节点的共享方式AABBBBBCCCCC根目录?CCC第六章文件管理42Wang用户文件目录TestrLee用户文件目录Testrcount＝2文件物理地址索引结点Test图6-25基于索引结点的共享方式6.6.1基于索引节点的共享方式第六章文件管理43图6-26进程B链接前后的情况C的目录owner＝ccount＝1链接前C的目录owner＝ccount＝2建立链接后B的目录B的目录owner＝ccount＝1拥有者删除文件后6.6.1基于索引节点的共享方式第六章文件管理446.6.2文件的保护与保密保护：是指使文件免遭文件主本人或其他用户由于错误的操作而使文件受到无意的破坏。保密：是指文件本身不得被未经文件主同意的用户访问。影响因素：（1）人为因素（2）系统因素（3）自然因素安全措施：（1）存取控制机制（2）系统容错技术（3）后备系统第六章文件管理45分级安全管理：*系统级安全管理*用户级安全管理*目录级安全管理*文件级安全管理注册登录用户权限目录访问权文件属性第六章文件管理46FileAttributesAttributeMeaningProtectionWhocana