操作系统原理_方敏_文件管理

《操作系统、实验》第六章文件管理操作系统课程组第2页内容回顾存储管理基本概念：存储层次结构，地址重定位。分区存储管理方案页式存储管理方案段式存储管理方案段页式存储管理方案虚拟存储技术：请求分页式存储管理交换和覆盖技术缓存技术实例分析第3页一、引言对大多数用户来说，文件是操作系统中最为常见的对象，对文件的操作也是操作系统中最为常用的操作之一。第4页一、引言文件管理系统就是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，它是专门负责管理和存取文件信息的软件机构，简称文件系统。文件系统•实现“按名存取”；•提供方便的操作和统一的调用接口，屏蔽底层细节。用户•组织、分配、回收文件的存储空间；•负责文件的存储、检索、共享和保护。系统第5页一、引言本章内容文件的组织和存取方式文件的共享和保护问题第6页二、基本概念文件(file)sort.c定义：是记录在外存上的，具有符号名的，在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。信息项：是构成文件内容的基本单位，可以是一个字符，也可以是一个记录。磁带磁盘光盘优盘从用户的角度看，文件是逻辑外存的最小分配单元，即信息(数据)只能以文件的形式写入外存。第7页二、基本概念文件的组成部分sort.c文件目录•文件名称•文件内部标识符•文件类型•文件存储位置•文件大小•访问权限•时间、日期、用户标识……文件体：文件真实的内容。文件说明(属性)：操作系统为了管理文件所用到的信息。第8页二、基本概念文件的类型分类的目的：对不同文件进行区分和管理，提高系统效率；提高用户界面友好性。临时文件档案文件永久文件信息保存期限：文件的保护方式只读文件读写文件可执行文件不保护文件系统文件库文件用户文件按照文件性质和用途文件的后缀exe,com,bin:可执行文件c,cc,cpp,java,pas:程序源代码bat,sh:命令文件txt,doc:文本数据，文本文档lib,dll:库文件zip,rar:压缩文件mpeg,mov,rm:多媒体文件……第9页二、基本概念目前常用的文件系统类型FATMS-DOS操作系统使用的文件系统。文件地址以FAT表结构存放，文件名采用8.3格式，即主文件名为8个字符，扩展名为3个字符。Vfat/FAT32Windows95以上版本支持的文件系统，突破了FAT系统中，每一个分区不能超过2GB的限制，增加了对长文件名（最多到255个字符）支持。NTFSWindowsNT操作系统使用的文件系统。它具有很强的安全特性和文件系统恢复功能。Ext32Linux操作系统使用的文件系统，也称二级扩展文件系统。支持256字符的文件名，最大可支持到4TB的文件系统。HPFSOS/2操作系统使用的文件系统。突破了FAT文件系统的一些限制，极大地改善了文件在大目录下的访问时间，支持2TB硬盘容量。UDF是符合ISO9660标准的支持CD-ROM的文件系统。第10页三、文件的结构逻辑结构定义：是从用户观点出发，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，又称为文件组织(FileOrganization)。分类：有结构的记录式文件：由一个以上的记录构成。记录：能被某些应用程序处理的相关字段的集合。由相同或者不同的数据项组成。定长记录变长记录第11页无结构的流式文件：文件没有结构，由一串字符流构成。在UNIX系统中，所有的文件都被看作是流式文件：即使是有结构的文件，也被视为流式文件，系统不对文件进行格式处理。三、文件的结构字符流第12页三、文件的结构物理结构定义：是指文件的内部组织形式，即文件在物理存储设备上的存放方法。磁带磁盘光盘优盘文件逻辑块：512byte扇区：一般为600字节，其中512字节存放数据，其余存放控制信息。也称之为物理块。第13页三、文件的结构几种常见的物理存储方式连续存储(顺序结构)它将逻辑上连续的文件信息依次存放在编号连续的物理块上。sort.c012301234567891011121314文件目录起址长度54sort.c文件名称外存第14页三、文件的结构优点：①存储方式简单。②对文件记录进行批量存取时，其存取效率较高。③支持定长记录的直接存取，可以通过计算获得存储位置。缺点：①不支持随机查找。如果要随机地查找或修改单个记录，此时系统需要逐个地查找诸记录，性能较差，尤其是当文件较大时情况将更为严重。②存在外部碎片。③不便于记录的增加或删除操作。运行记录文件(LogFile)或称为事务文件(TransactorFile)：记录文件记录的增删情况。每隔一定时间进行合并操作，产生一个新的文件。第15页三、文件的结构链接结构将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块上，每个物理块设有一个指针指向下一个物理块。sort.c012301234567891011121314文件目录起址5sort.c文件名称datanext第16页三、文件的结构优点：①提高了磁盘空间利用率，不存在外部碎片问题。②有利于文件插入和删除，及其动态扩充。缺点：①仍然不支持随机查找。②由于存储空间可能不连续，带来更多的寻道次数和寻道时间。③需要牺牲一些空间存放链接指针，同时需要维护这些指针，增加了系统开销。④可靠性问题，如指针出错。第17页三、文件的结构索引结构将逻辑上连续的文件信息(记录)存放在不连续的物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构——索引表，索引表中存放文件的逻辑块号和物理块号的对应关系。sort.c012301234567891011121314文件目录起址14sort.c文件名称5310逻辑块号物理块号23711第18页三、文件的结构优点：①即能顺序存取,又能直接存取。②满足了文件动态增长、插入删除的要求。③没有外碎片，外存空间利用率较高。缺点①较多的寻道次数和寻道时间。②索引表本身需要存储空间，同时对索引表的维护会增加系统开销。第19页三、文件的结构sort.c0123文件目录起址1401234567891011121314sort.c文件名称5310逻辑块号物理块号23711假设：块的大小为1K,每个索引表项占3字节，则这个块中可以存放341个索引项(341K)。Q：1、如果文件大小大于341K，该如何表示？2、增加的索引块如何组织和管理？第20页三、文件的结构索引表的组织方式链接文件方式：将多个索引表块按链接文件的方式串联起来。┇┇索引号索引表块(1#)01..340341342..681物理块26＃32＃103＃32┇103269210┇111108^01234567891011121314索引表块(9#)108＃210＃111＃第21页三、文件的结构多重索引方式：将一个大文件的所有索引表（二级索引)的地址放在另一个索引表（一级索引)中。165＃169＃289＃┇┇索引号索引表块(26#)01..340341342..681物理块108＃210＃136＃210┇123108136169┇233165289索引表块(58#)32┇1032658索引号索引表块(1#)01..340┇Q：多重索引方式和链接文件方式比较有何好处？第22页三、文件的结构多重索引实例——UNIX文件系统UNIX文件系统采用三级索引结构。为了支持文件的共享和提高目录的检索速度，UNIX文件系统中设置了一类特殊的索引结点(Indexnode)，称为inode。inode中包含了文件的控制信息，格式如下：structdinode{ushortdi_mode;/*文件控制模式*/shortdi_nlink;/*文件的链接数*/ushortdi_uid;/*文件主用户标识*/ushortdi_gid;/*文件主同组用户标识*/off_tdi_size;/*文件长度，以字节为单位*/chardi_addr[40];/*文件索引表，存放文件的物理盘块号*/time_tdi_atime;/*文件最近一次访问时间*/time_tdi_mtime;/*文件最近一次修改时间*/time_tdi_ctime;/*文件创建时间*/}Q：inode中没有文件名，为什么UNIX要这么做？第23页三、文件的结构chardi_addr[40];0123456789101112直接寻址物理块...012341K一级间接寻址二级间接寻址三级间接寻址......341..................341×341..........................................341×341×341(10+341+341×341＋341×341×341)=40GB第24页三、文件的结构Hash文件采用计算寻址结构，它由主文件和溢出文件组成。主文件溢出文件键值哈希函数冲突解决方案文件第25页作业P262习题1第26页三、文件的机构文件的存取方式文件的存取方式是指读写文件存储器上的一个物理块的方法。分类：顺序存取：指对文件中的信息按顺序依次读写的方式第27页三、文件的机构随机读取①直接存取法：允许用户随意存取文件中任意一个物理记录。例如，对于定长记录文件，假定文件的起始位置为offset，欲读写第i个记录（i=1,2,3,…,n）则读指针为：r_point=offset+i×L；写指针为：w_point=offset+i×L.②按键存取法：根据文件中各记录的某个数据项内容来存取记录的，这种数据项称之为“键”。例如：Hash结构第28页三、文件的机构文件结构、文件存取方式与文件存储介质的关系第29页四、文件的目录文件目录的内容sort.c文件体：文件真实的内容。文件说明(属性)：操作系统为了管理文件所用到的信息。•文件名称•文件标识符•文件类型•文件存储位置•文件大小•访问权限•时间、日期、用户标识………文件目录FCB，文件控制块#ls-l-r-xr-xr-t1binbin43296May131997/bin/hello.c目录文件第30页四、文件的目录文件目录提供的功能：实现“按名存取”。用户只须提供文件名，即可对文件进行存取。这是文件系统向用户提供的最基本的服务。提高对目录的检索速度。合理地组织目录结构，加快对目录的检索速度，从而加快对文件的存取速度。这是在设计一个大、中型文件系统时，所追求的主要目标。实现文件共享。在多用户系统中，应允许多个用户共享一个文件，以节省大量的存储空间并方便用户。解决文件重名问题。系统应允许不同用户对不同文件采用相同的名字，以便于用户按照自己的习惯命名和使用文件。第31页四、文件的目录文件的目录结构文件目录结构的组织方式直接影响到文件的存取速度，关系到文件共享性和安全性，因此组织好文件的目录是设计文件系统的重要环节。文件的目录结构分类一级目录结构优点：简单缺点：1、查找速度慢2、不允许重名3、不便于实现文件共享单用户环境第32页文件┇┇Myproc.c文件体Auto.pol文件体Demo.pas文件体Proc.mbd文件体Auto.c文件体Install.ini文件体四、文件的目录二级目录结构用户名指针32┇1032658B┇DAE32┇1032658Auto.pol┇Setup.exeproc.mbdInstall.ini主目录MFD(MasterFileDirectory)文件名指针┇Auto.pol┇Test.txtMyproc.cDemo.pas用户目录UFD第33页四、文件的目录多级目录结构根目录文件第34页四、文件的目录多级目录文件的访问必须指出文件所在路径名：从根目录到该文件的路径上各级目录名的组合。也称为文件全名。例如：/usr/lib/man相对路径：设置一个“当前目录”(也叫“工作目录”)，此时对于文件的查找是从当前目录中进行的。可以带来两点好处①用户使用更加方便②检索效率更高第35页四、文件的目录多级目录结构的优点提高了检索目录的速度。较好地解决了重名问题。缺点这种结构不便于用户共享文件。•文件名称•文件标识符•文件类型•文件存储位置•文件大