操作系统(东南大学滕至阳ppt)chapter(4)

第六章文件管理6.1概述◆流式文件◆记录式文件◆目录文件◆普通文件◆特别文件第六章文件管理6.1概述◆文件管理的功能正向文档化方向发展。文档是指用户加工的对象◆文档的组合构成了文件夹(folder)◆文件夹概念是实现一致性环境的关键第六章文件管理6.2文件的逻辑组织与存取方法◆逻辑组织是指文件中记录的安排情况图6-1顺序组织┉┉字符0字符i字符n┉┉R0R1Ri长度记录体┉长度记录体Ri(a)流式文件(b)定长记录式文件(c)变长记录文件l0li◆记录的先后顺序号称记录号第六章文件管理6.2文件的逻辑组织与存取方法◆给定记录号i，则记录Ri的逻辑地址：LA(Ri)＝i×l◆对于变长记录：LA(Ri)＝l0＋l1＋┅＋li-1图6-2索引组织记录号01┅┅逻辑地址ⅹⅹ┅┅键值┅┅逻辑地址┅┅（a）以记录号为索引的索引表（b）以记录中关键字为索引的索引表第六章文件管理6.2文件的逻辑组织与存取方法◆顺序存取法◆随机存取法◆按键存取法第六章文件管理6.3文件的物理组织◆文件的记录在文件空间的安排情况称为文件的物理组织第六章文件管理6.3.1成组与分解◆若干个逻辑记录合并成组写入1个物理块的操作叫记录的成组◆整数因子图6-3跨物理块的文件组织相对块号0相对块号1块首124176逻辑记录LRL=300R0R1R2R3R4┄物理块长PBL=1024第六章文件管理6.3.1成组与分解◆当1个物理块读进输入缓冲区后，把逻辑记录从块中分离出来的操作称为记录的分解◆由若干逻辑记录(简称记录)组成的文件称为逻辑文件(简称文件)◆由若干物理块组成的文件称为物理文件第六章文件管理6.3.2连续组织——连续文件图6-4物理块的连续分配相对块0相对块1相对块2┄文件首块块100块101块102指针100第六章文件管理6.3.3链接组织——链接文件图6-5物理块的链接文件首块相对块0相对块1相对块2指针100第六章文件管理6.3.4索引组织——索引文件图6-6索引组织记录号文件的索引表指针绝对物理块号1,2,31043,4,52566,x,8318┇┇记录号文件的索引表指针绝对物理块号0,1,2,31283,4,5,6356┇┇(a)不跨块的索引表(b)跨块的索引表第六章文件管理6.3.5散列组织——Hash文件◆散列组织的基本想法是，定义一个hash函数，它的自变量是逻辑记录中的关键字(键值)，函数值是外存地址块设备光碟、磁盘磁带文件类型连续串联索引Hash连续文件长度固定固定、可变固定、可变固定、可变固定存取方法随机、顺序顺序随机、顺序随机、顺序顺序图6-7块设备、文件类型、存取方法之间的关系第六章文件管理6.4文件存储空间管理6.4.1空闲块表和空闲块链图6-8用于文件管理的两种数据结构首块空闲块数表目状态1064已用28314已用--未用4325已用┇┇┇（a）空闲块表空闲块链头指针块100┇块200┇块1000┅┅NIL（b）空闲块链┇第六章文件管理6.4.2位示图图6-9位示图01┅1┅00位n-1位第i块已分配第六章文件管理6.4.3空闲块成组链接法超级块作为链头常驻主存…..................…………共100块共100块不足100块最后组第1块第2组第1块第1组第1块共99块^…其他堆栈指针块号块号…块号…其他栈1栈0栈99栈顶(a)成组链接情况(b)超级块和各组第一块内的栈图6-10空闲块成组链接法第六章文件管理6.4.3空闲块成组链接法◆空闲块的分配算法◆空闲块的回收算法第六章文件管理6.5文件目录管理6.5.1长文件名与目录项图6-11FAT中短文件名目录项格式字节序号0~101112~1718，1920，2122，2324，2526，2728~31内容文件名及扩展名保护码保留待用最后访问日期EA句柄创建时间创建日期第一簇地址文件尺寸32字节短名项部分，8个字符文件名占16字节，3个字符扩展名占6个字节32字节长名项部分的第1子项，文件名占26个字节，相当于13个字符长名项部分的最后子项，同上属性部分32字节32字节......(a)长文件名目录项结构图6-12长文件名目录项字节序号1〜10111226〜271314〜2528〜310内容文件名字符保护码子项标记0校验和文件名字符文件名字符序列码(b)子项格式图6-12长文件名目录项字节序号1〜10111220〜251314〜1926〜270内容属性信息保护码属性标记保留待用校验和属性信息0序列码28〜31保留待用(c)文件属性格式图6-12长文件名目录项第六章文件管理6.5.2树型目录组织目录项1目录项2……图6-13目录文件(一级目录)图6-14二级目录用户1┉┅用户10主目录文件目录项1目录项n┇目录项1目录项n┇图6-15UNIX系统中文件属性从目录项分离文件名i结点号f135f278f343┇┇由目录项构成的目录文件┇i结点号┇i结点号┇i结点号┇号354378存放文件属性的结点表图6-16UNIX树型目录组织/sbinetc┄usrmkfslpmountmailwangleemounreportsetclkuucptext第六章文件管理6.5.2树型目录组织◆UNIX系统将文件属性从目录项分离所带来的好处之一是为文件的共享提供了方便◆好处之二是减少“按名查找”引起的内、外存之间的信息传输量第六章文件管理6.5.3目录树上的搜索与操作◆由根、各级目录名、数据文件名连接起来的字符串称为绝对路径名◆当前目录名和它的各级子目录名及数据文件名组成的路径名称为相对路径名第六章文件管理6.5.3.1搜索方法◆从目录树上找到文件的i结点号称为文件名搜索◆搜索的方法采用顺序查找法第六章文件管理6.5.3.2主要操作◆创建新目录命令mkdirnewdir在当前目录下创建名为newdir的子目录◆列目录清单命令ls-l列出根目录以下全部目录名及属性信息◆删除空目录rmdir/use/src/cmd/junk删除/usr/src/cmd下的子目录junk第六章文件管理6.5.3.2主要操作◆共享链接◆在目录树上行走◆显示当前目录名◆文件搜索命令(文件定位命令)第六章文件管理6.5.4装卸文件卷6.5.4.1安装点◆安装点6.5.4.2文件卷概念◆文件卷是一棵子目录树◆1#为超级块·卷号（卷名）·逻辑块大小·只读标记·超级块修改标记·最近修改时间·已分配的i结点总数·空闲i结点总数·100个空闲i结点号数组·指向空闲i结点号数组的索引·空闲存储块总数·100个空闲块号的数组·指向空闲块号数组的索引·其他图6-17文件卷的结构0#1#2#k#k+1#n-1#引导块超级块i结点区文件存储块第六章文件管理6.5.4.3创建文件卷◆文件卷是用下述命令(HP-UX命令)生成的：newfs-b4096-f2048-m20-i4096/dev/rdsk/c4d0s5hp7963B第六章文件管理6.5.4.4装卸命令◆mount/dev/rdsk/c4d0s5/usr/mount第六章文件管理6.5.5文件属性数据管理◆活动i结点◆外存i结点◆对文件属性数据的管理，说到底就是对i结点号进行分配与回收第六章文件管理6.5.5.1堆栈法图6-18堆栈┇4293850990栈指针第六章文件管理6.5.5.2散列法◆散列函数ihash的定义是：ihash(i_no)=&hinode[(int)(i_no)mod128]◆经散列函数找到该结点所在的组头指针，沿组头指针在组内顺序查找即可得到该i结点的主存地址第六章文件管理6.6地址映射图6-19s5型文件卷的地址链┇09101112┇i结点三次间接块二次间接块二次间接块文件数据块┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇一次间接块目录管理机构文件名文件名i结点号目录项地址链数据块地址图6-20文件名到数据块的地址映射第六章文件管理6.7文件表管理◆系统打开文件表的表项包括如下信息：f_count共享计数，若此计数值大于1，说明有多个用户进程同时读写该文件；f_offset文件读／写指针的位移值；f_flag标记字段，指出是读还是写等标记信息；*f_inode指向活动i结点的指针i1i2i3i4活动i结点…………………………………………fd1fd2fd3fd4fd5fd6fp3fp4fp5fp2fp1用户打开文件表系统打开文件表………………图6-21fd→fp→i结点的通路第六章文件管理6.8与文件有关的操作◆文件管理系统有创建、打开、读、写、关闭、删除文件的操作，这都是一些最基本的操作图6-22文件操作自陷中断示意图系统调用(read,write等)中断/异常总控文件管理底层算法设备管理trap图6-23文件管理中带有安装卷的主要数据结构之间的关系目录树安装表目录项超级块超级块0#1#i结点区文件数据区地址链系统打开文件表活动i结点用户打开文件表fd(文件描述字)文件名(路径名)基本卷安装卷0#1#i结点区文件数据区第六章文件管理6.9文件的共享、控制、保密与转贮6.9.1文件共享◆公共目录◆链接◆授权第六章文件管理6.9.2文件控制◆存取控制矩阵bij=right其中i∈{1,2,…,n},j∈{1,2,…,m}，right＝{R,W,E,A,M,D}的合法子集第六章文件管理6.9.2文件控制◆存取控制表文件主：R,W,E(读、写、执行)同组：R,-E(读、不可写、可执行)其他：R,--(读、不可写、不可执行)◆分权至目录第六章文件管理6.9.3文件保密◆文件口令◆文件加密第六章文件管理6.9.4文件转贮◆全量转贮find/-print|cpio-ocv/dev/ctape对应的恢复操作为：cpio-icvudm/dev/ctape/◆增量转贮第六章文件管理6.9.4文件转贮◆全映象转贮◆全磁盘转贮◆全数据分区转贮第六章文件管理6.10文件系统性能6.10.1性能管理方法◆磁盘空间的空占比统计UNIX系统V的命令df-t◆监控暴涨的文件◆清除不活动的文件◆控制目录大小◆空间定额调整第六章文件管理6.10.2性能提高技术◆文件目录安排在磁道中心◆二叉树索引结构◆文件数据记录的优化分布◆预先读与延迟写◆容错技术