13操作系统文件管理

第六章文件管理计算机如何管理复杂繁多的文件2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲2本章主要内容第一节文件和文件系统第二节文件的逻辑结构第三节外存分配方式第四节目录管理第五节文件存储空间的管理第六节文件共享与文件保护第七节数据一致性控制2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲3§6.1文件和文件系统文件的定义与分类文件系统模型文件操作2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲4概述OS采用文件系统来组织管理大量的文件。文件是由数据项构成在文件系统中，把数据分为数据项、记录和文件三级。如右图示文件记录1记录2记录n数据项1…………数据项2数据项n2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲56.1.1数据项、记录和文件1.数据项1)基本数据项：原子数据，最小逻辑单位，即数据元素、字段。2)组合数据项：由若干个基本数据项组成，简称组项。2.记录：一组相关数据项的集合。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲66.1.1数据项、记录和文件(2)3.文件文件是指由创建者定义、具有文件名的一组相关元素的集合，可分为有结构文件和无结构文件两种。文件还有些具体属性：文件类型文件长度文件物理位置文件的建立时间★2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲76.1.2文件类型和文件系统模型1.文件类型1)按用途分类：1)系统文件2)用户文件3)库文件2)按文件中数据形式分类：1)源文件2)目标文件3)可执行文件★★2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲86.1.2文件类型和文件系统模型1.文件类型3)按存取控制属性分类：1)只执行文件2)只读文件3)读写文件★★2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲96.1.2文件类型和文件系统模型2.文件系统模型模型分为三个层次，如图6-2示：1)对象及属性2)对对象操纵和管理的软件集合3)文件系统的接口文件系统接口对对象操纵和管理的软件集合对象及属性用户(程序)图6-22020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲106.1.3文件操作1.最基本的文件操作1)创建2)删除3)读4)写5)截断6)设置文件的读/写位置2.文件的“打开”和“关闭”操作2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲11§6.2文件的逻辑结构文件逻辑结构的类型顺序文件索引文件索引顺序文件直接文件和哈希文件2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲12计算机文件的两种结构文件逻辑结构(FileLogicalStructure)：从用户角度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，独立于物理特性，又称为文件组织(FileOrganization)。文件物理结构(FilePhysicalStructure)：指文件在外存上的存储组织形式。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲13文件逻辑结构对文件逻辑结构的基本要求：提高检索速度便于修改降低文件的存储费用2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲146.2.1文件逻辑结构的类型有结构文件：也称为记录式文件，组成文件的数据项单位为记录。如数据库文件。根据用户和系统管理的需要，可采用多种方式组织记录形成顺序文件、索引文件、索引顺序文件、直接文件和哈希文件无结构文件：也称流式文件，组成文件的数据项单位为ASCII字符，如源程序、可执行文件等。★★★文件逻辑结构可分为两类：2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲156.2.2顺序文件1.逻辑记录的排序1)串结构2)顺序结构2.对顺序文件的读/写操作•定长记录：Rptr:=Rptr+L•变长记录：Rptr:=Rptr+Li3.顺序文件的优缺点优点：批量存取文件效率最高，如磁带机缺点：增删记录困难……2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲166.2.3索引文件当记录为可变长度时，通常采用索引文件方式。为每个文件建立一张索引表，并将主文件的每个记录的记录号、长度和逻辑地址记录在索引表中。优点：因将可变长的记录的索引转化为定长的记录项的索引，故方便实现直接存取。缺点：每个文件有一索引项，存储费用高。★★2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲17索引文件的组织图6-4索引号长度指针0m0xx1m1xx2m2xx………imixx………………………索引表R0R1R2…Ri………逻辑文件2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲186.2.4索引顺序文件是综合顺序和索引两种方式的优点先检索索引表，找到所在记录组中第一个记录表项，并找到第一个记录在主文件中位置，然后再顺序查找所需记录。如图6-5示：优点：因只为每组记录的首记录设置一索引表项，因此能有效减少索引表所占的空间。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲19图6-5索引顺序文件…………ChenLin…………BaoRong…………AnKangAnQi其它属性姓名…………ChenLinBaoRongAnQi逻辑地址键索引表2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲206.2.5直接文件和哈希文件•直接文件–记录键值记录物理地址•哈希文件–利用哈希函数实现“记录键值→地址”转换选讲2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲21§6.3外存分配方式(SecondaryMemoryAllocation)连续分配链接(串联)分配索引分配也称文件系统结构(File-SystemStructure)常用的三种外存分配方式(文件的物理结构)：2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲226.3.1连续分配(ContiguousAllocation)连续分配：为每个文件分配相邻的物理块，并将文件信息按逻辑顺序依次存放在这些物理块中。分配给文件的首个物理块的地址被登记在它的目录项内。这样所形成的文件物理结构被称为顺序结构，相应的物理文件则称为顺序文件(SequentialFile)。如图6-7示。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲23图6-7磁盘空间的连续分配012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名始址块数count02tr143mail196list284f62文件目录countftrmaillist2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲246.3.1连续分配优缺点优点(Strongpoint)：顺序访问容易存取速度快缺点(Disadvantage)：要求连续的存储空间。易产生外部碎片，空间利用率降低须事先知道文件长度。不利于文件动态增长2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲256.3.2链接分配(LinkedAllocation)链接分配是一种离散分配方式，通过每个盘块上的连接指针，将同一个文件的多个离散的盘块连接成一个链表。可分为隐式链接和显示链接两种方式。1.隐式链接：将一文件离散地存放在外存上，并将下一个物理块的地址登记在分配给它的前一个物理块中。如图6-8示。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲26某个链式文件示意2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲27图6-8磁盘空间的链接式分配文件名始址末址jeep925文件目录01234567891011121314151617181920212223242526272829303111016-1252020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲28隐式链接优缺点(StrongpointandDisadvantage)优点：消除了外部碎片，提高利用率允许作业动态增长。缺点：可靠性差：一个指针出现问题，导致整个链断开只适合于顺序访问，不适合随机访问。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲292.显示链接又称FAT结构：将文件离散地存放，并将链接各个物理块的指针显式地登记在一张文件分配表FAT(FileAllocationTable)中。012345物理块号2FCBFAT04512020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲30FAT的实例MS-DOSWindows系统OS/22020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲31显示链接特点优点：显著提高检索速度缺点：不支持大文件随机存取FAT需要占用较大的内存空间2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲32课后思考什么叫FAT16、FAT32？二者有什么区别？2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲336.3.3索引分配(IndexedAllocation)也属于离散分配方式，它在存放文件同时，为每个文件建立一个索引表，以登记物理块号，并在文件目录项的地址字段中填上指向该索引表的指针。如图6-12示。当文件多时，可采用多级索引分配方式和混合索引分配方式。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲342020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲35图6-12索引分配方式012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名索引表地址文件目录Jeep1991611025-1-1-1192020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲366.3.3索引分配优缺点(StrongpointandDisadvantage)优点：支持高效的随机存取消除了外部碎片允许文件动态增长。缺点：索引表本身也要花费较多外存空间，造成外存空间浪费。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲37§6.4目录管理(DirectoryManagement)目录管理的要求文件控制块和索引结点目录结构目录查询技术2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲38概述对目录管理的要求：1)能够实现“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。现代计算机，主要通过文件目录实现大量文件存储。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲396.4.1文件控制块和索引结点1)文件控制块(FCB，FileControllerBlock)：为正确存取文件，而为文件设置的用于描述和控制文件的数据结构。2)FCB中的信息包括：基本信息：文件名、物理位置、逻辑结构等存取控制信息：各种用户权限使用信息：创建日期与时间等2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲40索引结点1)索引结点(indexnode)：在有些系统中，如Unix系统，采用把文件名与文件描述信息分开的方法，即使文件描述信息单独形成一个称为索引结点的数据结构，简称为i结点。2)索引结点分为磁盘索引结点和内存索引结点：详细请看P2252020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲416.4.2目录结构常用的目录结构：单级目录结构两级目录结构多级目录结构2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲421.单级目录结构在整个文件系统中只建立一张目录表•优点：管理和实现简单；•缺点：不能满足对目录管理的要求，如查找速度慢，不允许重名，不便共享。文件名物理地址文件说明状态位File1File2……2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲432.两级目录结构由主文件目录MFD和用户文件目录UFD两级目录构成。如图6-17示。优点：提高了检索速度允许不同目录文件重名不同用户可使用不同的文件名访问系统中同一文件。缺点：不提供建立子目录的手段，使用不方便。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲44图6-17两级目录结构MFDUFDxxxxSun…………xxxxWangxxxxZhang物理地址用户名TestAlphaTestReportmisxDeviceBetaAlphaTestReportTestDeviceBetaMisx2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲453.多级目录结构为提高目录检索速度和文件系统的性能，对大型文件系统，常采用三级或三级以上的目录结构，即多级目录结构，又称树型目录结构。如图6-19示。2020/2/20计算机科学技术教研室王祥仲46图6-19多级目录结构ABCFED13ABD2GA4AC5671