操作系统 第5章 文件管理

第5章文件管理本章的考核知识点：1、文件和文件名；2、文件的存储介质；3、文件的存取方法；4、文件目录；5、文件的逻辑结构；6、文件的物理结构；7、记录的组成与分解；8、存储空间的分配与回收；9、文件操作；10、文件的保护与保密。本章自学要求：文件管理必须对用户按名存取功能，要求考生理解为实现按名存取文件管理应该做哪些工作；文件管理怎样管理用户信息的存储和检索、怎样实现文件的保护和保密；文件操作的作用以及用户如何使用文件操作。重点是：逻辑文件与物理文件间的转换；文件目录操作的作用及使用。一、文件和文件名（识记）文件和文件名：在计算机系统中，把逻辑上具有完整意义的信息集合称为“文件”，每个文件都要用一个名字作标识，称为“文件名”。文件可以按各种方法进行分类：按用途：系统文件、库文件、用户文件按保护级别：可执行文件、只读文件、读写文件按信息流向：输入文件、输出文件、输入输出文件按存放时限：临时文件、永久文件、档案文件按设备类型：磁盘文件、磁带文件、卡片文件、打印文件按文件组织结构：逻辑文件、物理文件（顺序文件、链接文件、索引文件）二、文件存储介质（领会）1、存储介质不等于存储设备，它是指用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、卡片等。使用它们要通过相应的存储设备。2、存储介质的物理单位定义为“卷”。文件与卷的关系（存在卷中）可以是一对一也可以是一对多或多对一。3、存储介质上连续信息所组成的一个区域称为“块”（物理记录）块是存储设备与主存之间进行信息交换的物理单位。4、磁盘的结构：磁盘格式化时盘面存储空间划分扇区，每个扇区中各磁道都有相同长度的连续信息区，每个区就是磁盘上的块。三、文件的存取方式（领会）文件的存取方式有顺序存取和随机存取两种。磁带上的文件只能顺序存取，磁盘上的文件既可采用顺序方式也可用随机方式存取。四、文件目录（简单应用）1、文件目录的主要内容和作用：文件目录由若干目录项组成，每个目录项记录一个文件的有关信息。包括：有关文件存取控制信息。例如用户名、文件名、文件类型、文件属性（可读写、只读、只执行等）有关文件结构的信息。例如文件的逻辑结构、物理结构、记录个数和在存储介质上的位置等。有关文件管理的信息。例如文件建立的日期、修改日期、保留期限等。文件目录的作用是用于检索文件。2、目录结构：包括一级目录结构、二级目录结构和树形（多级）目录结构。一级目录结构要求所有的文件名均不相同，一般只适用于微机的单用户系统。二级目录结构则增加一级主文件目录，此目录是为用户建立的独立文件目录，用户访问文件时先要找到用户自己的目录再查找该目录下的指定文件。实际上，二级目录结构中，文件系统把用户名和文件名合起来作为文件标识。树形目录允许用户在自己的文件中再建立子目录。从根目录到文件之间所有各级子目录名和该文件名的顺序组合称为文件的“路径名”绝对路径：是从根目录到指定文件的路径。如MS－DOS下从C盘到某一文件的路径：C:/first///file.exp相对路径：是从当前目录到指定文件的路径。如上例，当前目录为22时，访问file.exp的相对路径是：33/file.exp,访问根目录下的文件路径是：../../command.com树形目录的优点：1）解决了重名问题。2）有利于文件分类3）提高检索文件的速度4）能进行存取权限的控制。关于本节的内容可以在MS－DOS或UNIX操作系统中进行练习，以理解目录结构。可用的命令有：dir、tree、md、cd、rd、del等.五、文件的逻辑结构（领会）前面讲的是目录，现在讲的是文件。文件的结构是指文件的构造方式。什么是文件的逻辑结构：由用户构造的文件称为文件的逻辑结构。如一篇文档、一个数据库记录文件等，在用户看来是一些文字和数字或多媒体信息的有机组合。逻辑文件有两种形式：流式文件和记录式文件。流式文件是指用户对文件内信息不再划分的可独立的单位，如我们的word文件，图片文件等。整个文件是以顺序的一串信息组成。记录式文件：是指用户对文件内信息按逻辑上独立的含义再划分信息单位，每个单位为一个逻辑记录。每个记录可以独立存取。这个在数据库中我们学得比较多，容易理解。六、文件的物理结构（领会）1、什么是文件的物理结构：由文件系统在存储介质上的文件构造方式称为文件的物理结构。不论用户看来是什么文件，在存储介质上存储时，按何种构造方式记录呢，因为介质上的存储单位是物理块，那么这些物理快是顺序存放，还是链式结构，或者索引结构，都要由文件系统结构来实现。2、逻辑文件在磁盘上的组织方式：1）顺序结构：顾名思义，顺序结构就是指，把逻辑文件的记录（内容）按其本身的顺序（逻辑记录的顺序）在磁盘上也按序存放在连续的块中。读取时也从第一个记录开始按顺序进行。在文件目录中指出文件名，存放的起始块号和占用块数。顺序文件的最大优点是存取速度快（可以连续访问）。而问题主要是存储空间利用率不高、输出文件时难以估计需要多少磁盘块、影响文件扩展。2)链接结构：如果逻辑文件中的各个逻辑记录任意存放到一些磁盘块中，再用指针把各个块按逻辑记录的顺序链接起来，在文件目录中只记录第一块的地址和最后一块的地址，那么这种文件组织方式就是链接结构。链接结构解决了顺序结构中的所有问题，所有空闲块都可以被利用，在顺序读取时效率较高但需要随机存取时效率低下（因为要从第一个记录开始读取查找）。此外，对于链接结构，也有一些问题要注意：由于块中要存放指针信息，因此一部分空间被占用；读出信息时要把指针信息分离出来；还要防止指针丢失或破坏造成的混乱，所以又要增加一些管理的信息。总之链式结构会使用于存放文件信息的空间减少。3)索引结构：索引结构是实现非连续存储的另一种方法，索引结构为每个文件建立一张“索引表”，把指示每个逻辑记录存放位置的指针集中在索引表中。（最直观的索引结构就比如我们的网站，首页就相当于一个索引表，每个链接记录了一个文件的位置，当我们点击时，就可以找到那个文件）文件目录中指出文件名的索引表位置，而索引表中每个项指出一个逻辑记录的存放位置。存取文件时根据索引表中的登记项来查找磁盘上的逻辑记录。索引结构既适合顺序存取记录，也可以方便地随机存取记录，并且容易实现记录的增删和插入，所以索引结构被广泛应用。但是索引结构增加了索引表，要占用部分空间并增加读写索引表的时间。当索引项很多时，还要考虑采用多级索引结构。七、记录的成组与分解（简单应用）1、什么是记录的成组与分解：由于磁盘块的大小是预先划分好的，大小固定，而逻辑记录的大小是用户文件性质决定的，不一定和块大小一致，如果逻辑记录比物理块小得多时，可以把多个逻辑记录存放在一个块中，这就是记录的成组，用户使用时再把读取的一块信息中分离出所需的记录，这就是记录的分解。2、记录的成组：把若干个逻辑记录合成一组存入一块的工作称为“记录的成组”，每块中逻辑记录的个数称“块因子”利用主存缓冲区可以把多个逻辑记录一次性保存到磁盘块上。也就是当记录要求存盘时，先存入主存缓冲区，缓冲区的大小等于最大逻辑长度乘以成组的块因子，就是块的大小。在缓冲区未存满时，不启动磁盘写，这样就提高了存储空间的利用率，减少启动外设的次数，提高了系统的工作效率。3、记录的分解：这是记录成组的一个逆过程，先从磁盘中找到记录所在的块，并将本块读入主存缓冲区，再从缓冲区取出所需要的记录送到用户工作区。如果用户所需的记录已经在缓冲区中，则不需要启动外设读块信息，这也可以提高系统工作效率。八、存储空间的分配与回收（简单应用）1、用位示图进行磁盘存储空间的分配与回收：和主存页式管理的存储空间分配回收方法类似，位示图用一个位的信息（0/1)来表示磁盘上一个块空间是否空闲，所不同的是，主存空间直接以块号表示，而磁盘块位置则由柱面号、磁头号和扇区号三段组成。2、用空闲块表进行磁盘存储空间的分配与回收：如同主存管理中的空闲区表，表每一行记录一组连续空闲块的首块号和空闲块数，空闲块数为“0”的登记项为“空”登记项。九、文件操作（领会）1、文件操作主要有以下六种建立文件:建立文件操作的主要工作是检查文件目录，确认无重名时寻找空登记项进行登录；寻找空闲存储块以备存储文件信息或存放索引表。打开文件：打开文件操作的主要工作是找目录、检索文件名，核对存取方式；读索引表；登记已打开文件的有关信息。读文件：查看是否已经打开，是否打开者请求读文件。得到存放地址后读出文件。写文件：主要工作是查文件目录核对文件是否已建立，已建立则可写入。关闭文件：核实只有文件的建立者或者打开者才有权关闭文件；检查读入主存的文件目录或索引表，如修改过则要写回存储介质上；在已打开文件表中清除该文件。删除文件：在用户指定的文件从目录中除去并收加文件所占用的存储空间。这些操作均由文件系统提供相关的功能模块。每个一操作调用模块时均要提供用户名、文件名等参数。2、用户请求使用文件的操作步骤1）读文件：打开文件→读文件→关闭文件2）写文件：建立文件→写文件→关闭文件3）删除文件：关闭文件→删除文件十、文件的保护与保密（领会）1、区分文件的保护与保密：文件的保护是防止文件被破坏。文件的保密是防止不经文件拥有者授权而窃取文件。2、文件的共享：文件共享是指一个文件可以让指定的某些用户共同使用。包括不允许同时使用的共享文件和允许同时使用的共享文件。一般不允许同时读和写或同时写文件。3、文件的保护措施：为了防止系统故障造成文件被坏，可以采用建立复本和定时转储的办法；为了防止用户共享文件可能造成的文件破坏，可以采用树形目录结构、存取控制表和规定文件使用权限的方法。4、文件的保密措施：常用的措施有：隐藏文件目录、设置口令和使用密码（加密）等。复习题1、在采用多级目录结构的系统中，经常采用(）方法来提高检索文件的速度。A、避免重名B、限制存取权限C、相对路径D、限制子目录个数2、文件的物理结构方式是与(）有关的。A、文件长度B、记录个数C、文件的目录结构D、用户对文件的存取方式3、如果不允许不同用户的文件可以具有相同的文件名，通常采用（）来保证按名存取的安全。A、重名翻译机构B、建立索引表C、建立指针D、多级目录结构4、对于记录式文件，操作系统为用户存取文件信息的最小单位是（）A、字符B、数据项C、记录D、文件5、文件在磁盘上可以有多种组织方式，常用的组织方式有（）A、顺序结构、记录结构和链接结构B、顺序结构、记录结构和索引结构C、顺序结构、链接结构和索引结构D、链接结构、记录结构和索引结构6、按逻辑组织可把文件分为（）两类：A、读、写文件B、索引文件、顺序文件C、记录式、流式D、等长、非等长7、多项选择：利用记录的成组与分解操作能（）A、有效地实现信息转储B、提高存储介质的利用率C、减少操作系统的程序量D、增加启动外设的次数E、提高文件的存取速度8、多项选择：文件的存取方式是与（）有关的。A、怎样使用文件B、存储介质的特性C、文件的物理结构D、文件的目录结构E、文件的共享9、把若干个逻辑记录合成一组存入一块的工作称为_____________，每块中逻辑记录的个数称为___________。10、当用户读取了磁盘上的某个文件信息后，认为文件不必再保存了，那么他可以先调用__________文件操作，然后再调用__________文件操作。11、请简述一个关于文件的操作：打开文件的操作的主要工作有哪些？12、一个含五个逻辑记录的文件，系统把它以链接结构的形式组织在磁盘上，每个记录占用一个磁盘块，现要求在第一记录和第二记录之间插入一个新记录，简述它的操作过程。13、设有一个长度为L字节的文件需存放到磁带上，今划定磁带的物理块长为B，试问：(1)存放该文件需占用多少个磁带块？(2)若启动一次磁带机可交换8个块的信息，则读/写这个文件需要执行多少次输入输出操作？(3)若启动一次磁带机交换8个块的信息，为满足读/写该文件信息的需要，应设置主存缓冲区至少需多少个字节？14、假定磁带的记录密度为每英寸800个字符，每一个逻辑记录长为160个字符，块与块之间的间隙为0.6英寸，现有1