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1、1,第七章 文件管理,第一節(jié) 文件和文件系統(tǒng)第二節(jié) 文件的邏輯結(jié)構(gòu)第三節(jié) 文件目錄第四節(jié) 文件共享,2,7.1 文件和文件系統(tǒng),OS通過文件系統(tǒng)來組織和管理計算機中存儲的大量數(shù)據(jù)和程序。7.1.1 文件、記錄和數(shù)據(jù)項7.1.2 文件類型和文件系統(tǒng)模型7.1.3 文件操作,3,7.1.1、文件、記錄和數(shù)據(jù)項,基于文件系統(tǒng)的概念，可以把數(shù)據(jù)組成分為數(shù)據(jù)項、記錄和文件三級,4,例1：學生成績單,5,1.數(shù)據(jù)項基本數(shù)據(jù)項：描述一個對象的某種屬性的字符集組合數(shù)據(jù)項：由若干個基本數(shù)據(jù)項組成2.記錄記錄是一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，用于描述一個對象的某些屬性。關(guān)鍵字：能夠唯一標識一個記錄的數(shù)據(jù)項,6,3.文件是指

2、由創(chuàng)建者所定義的、具有文件名的一組相關(guān)數(shù)據(jù)元素的集合；文件的屬性：文件類型、文件長度、文件的物理位置、文件的建立時間等。,7,1、文件的類型 1）按文件的性質(zhì)和用途分：系統(tǒng)文件：由系統(tǒng)軟件構(gòu)成的文件，只允許調(diào)用執(zhí)行，不允許用戶讀和修改。用戶文件：只允許文件的授權(quán)者使用。庫文件：允許用戶調(diào)用不允許修改。,7.1.2、文件類型和文件系統(tǒng)模型,8,2）按文件中數(shù)據(jù)的形式分： 源文件、目標文件、可執(zhí)行文件3）按存取控制屬性分：只執(zhí)行文件、只讀文件、讀寫文件4）按組織形式和處理方式分：普通文件：ASCII碼或二進制碼組成的字符文件目錄文件：由文件目錄組成特殊文件：系統(tǒng)中的各類I/O設(shè)備,9,2、文件系統(tǒng)

3、模型,1) 對象及其屬性文件：文件管理的直接對象目錄：方便用戶對文件的存取和檢索磁盤（磁帶）存儲空間,10,例：MS-DOS的目錄結(jié)構(gòu),盤塊數(shù),首盤塊號,日期,時間,備用,屬性,擴展名,文件名,11,3) 文件系統(tǒng)的接口命令接口：用戶與文件系統(tǒng)的接口程序接口：用戶程序與文件系統(tǒng)的接口,2) 對對象操縱和管理的軟件集合（核心）功能：對文件存儲空間、文件目錄的管理、地址轉(zhuǎn)換機制、文件讀寫、文件的共享與保護。,對象及其屬性,對對象操縱和管理的軟件集合,文件系統(tǒng)接口,12,7.1.3、文件操作,用戶通過文件系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用實施對文件的操作1、最基本的文件操作1）創(chuàng)建文件：分配外存空間建立目錄項2）刪

4、除文件：刪除目錄項回收外存空間3）讀文件：文件名、內(nèi)存目標地址、目錄項、讀指針4）寫文件：文件名、內(nèi)存中源地址、目錄項、寫指針,13,2、文件的打開與關(guān)閉打開：系統(tǒng)將指名文件的屬性（包括文件在外存的物理位置）從外存拷貝到內(nèi)存打開文件表的一個表目中，將表目編號返回用戶關(guān)閉：將文件從打開文件表的表目上刪除，釋放表目空間3、其它操作對文件屬性的操作：改變文件名、文件主、訪問權(quán)對文件目錄的操作：創(chuàng)建、刪除目錄等,14,7.2 文件的邏輯結(jié)構(gòu),文件邏輯結(jié)構(gòu)是從用戶角度觀察到的文件組織形式 文件物理結(jié)構(gòu)是文件在外存上的存儲組織形式,文件邏輯結(jié)構(gòu)的類型 順序文件 索引文件 索引順序文件,15,16,7.2.

5、1、文件邏輯結(jié)構(gòu)的類型,1、有結(jié)構(gòu)文件（記錄式文件）1）定義：由一個以上的記錄構(gòu)成的文件2）基本分類：定長記錄、變長記錄3）文件的組織：順序文件：一系列記錄按某種順序排列形成索引文件：記錄為變長，每個記錄一個索引表項索引順序文件：每組記錄的第一個記錄設(shè)一表項,17,2、無結(jié)構(gòu)文件（流式文件）定義：由字符流構(gòu)成的文件大量的源程序、可執(zhí)行文件、庫函數(shù)等文件長度以字節(jié)為單位對流式文件的訪問采用讀寫指針指出下一個要訪問的字符UNIX系統(tǒng)中所有文件都被看作是流式文件,18,7.2.2、順序文件,1、邏輯記錄的排序串結(jié)構(gòu)(以時間排序)、順序結(jié)構(gòu)（按關(guān)鍵字排序）2、對順序文件的讀/寫操作1）定長記錄：Rpt

6、r:= Rptr + L2）變長記錄：Rptr:= Rptr + Li,19,3、順序文件的優(yōu)缺點：1）優(yōu)點：適于批量存取、能用于磁帶存儲2）缺點：查找/修改/增/刪單個記錄效率低，系統(tǒng)開銷大,20,7.2.3、索引文件,2、索引表本身是一個定長記錄的順序文件索引號（記錄鍵或關(guān)鍵字）長度指針,1、利用定長記錄的順序文件訪問變長記錄的文件,檢索時，利用用戶程序提供的關(guān)鍵字和查找算法 ，檢索索引表，訪問主文件的記錄。,向索引文件中增加新記錄時，需修改索引表。,21,7.2.4、索引順序文件,索引順序文件是順序文件和索引文件的結(jié)合，是最常見的一種邏輯文件形式。原理： 1）順序文件中的所有記錄分為若干

7、個組； 2）為順序文件建立一張索引表，在索引表中為每組中的第一個記錄建立一個索引項；,22,檢索時，利用用戶程序提供的關(guān)鍵字和查找算法，檢索索引表，.，利用順序查找法查找主文件,23,7.2.5、直接文件和哈希文件,1、直接文件前述文件結(jié)構(gòu)對記錄進行存取時，都需利用給定的記錄鍵值（關(guān)鍵字），對線性表或鏈表進行建設(shè)，以找到指定記錄的物理地址。直接文件：根據(jù)給定的記錄鍵值，直接獲得物理地址。即記錄鍵值本身決定了記錄的物理地址鍵值轉(zhuǎn)換由記錄鍵值到記錄物理地址的轉(zhuǎn)換,24,2、哈希文件是目前應(yīng)用最廣泛的一種直接文件。利用hash函數(shù)，將記錄鍵值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)記錄的地址。為了能實現(xiàn)文件存儲空間的動態(tài)分配，由

8、Hash函數(shù)所求得的并非是相應(yīng)記錄的地址，而是指向一目錄表相應(yīng)表目的指針，該表目的內(nèi)容指向相應(yīng)記錄所在的物理塊。例如，Hash函數(shù)A=H(K) K:記錄鍵值 A：該記錄在目錄表中對應(yīng)表目的位置,25,7.3 文件目錄,目錄管理的要求文件控制塊和索引結(jié)點目錄結(jié)構(gòu)目錄查詢技術(shù),26,目錄管理的要求,目錄：用于標識系統(tǒng)中文件及其物理地址的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，供檢索使用。目錄管理的要求：實現(xiàn)“按名存取”最基本的功能提高對目錄的檢索速度文件共享允許文件重名,27,7.3.1、文件控制塊和索引結(jié)點,1、文件控制塊（FCB）定義：描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)FCB的有序集合稱為文件目錄（或目錄文件）FCB包含的信息項

9、基本信息：文件名/物理位置/邏輯結(jié)構(gòu)/物理結(jié)構(gòu)存取控制信息：不同用戶存取權(quán)限不同使用信息：建立/修改的日期、時間等,28,2、索引結(jié)點1）索引結(jié)點的引入：文件很多時，目錄文件占用大量盤塊。查找目錄時要多次啟動磁盤，順序讀取存放目錄文件的盤塊。實際上，檢索目錄文件時，只需要利用文件名進行查找，所以可以給文件目錄瘦身。UNIX系統(tǒng)中，把文件名和文件描述信息分開，由文件描述信息單獨構(gòu)成索引結(jié)點（簡稱i結(jié)點）FCB改變?yōu)椋何募赶騣結(jié)點的指針,29,0 13 14 15,UNIX的文件目錄,30,2）磁盤索引結(jié)點：（每個文件唯一）文件主標識符：標識文件擁有者文件類型文件存取權(quán)限文件物理地址：每個索引

10、結(jié)點有13個地址項，直接或間接給出盤塊號文件長度文件連接計數(shù)： 所有指向該文件的文件名的指針計數(shù)文件存取時間：文件最近被存取修改的時間和索引結(jié)點被修改的時間。,31,3）內(nèi)存索引結(jié)點：存放在內(nèi)存中的索引結(jié)點。當文件被打開時，要將磁盤的索引結(jié)點拷貝到內(nèi)存的索引結(jié)點中。增加了以下內(nèi)容：索引結(jié)點編號、狀態(tài)、訪問計數(shù)、文件所屬文件系統(tǒng)的邏輯設(shè)備號、鏈接指針,32,7.3.2、目錄結(jié)構(gòu),1、單級目錄結(jié)構(gòu)在整個文件系統(tǒng)中建立一張目錄表，每個文件占一個目錄項。目錄項包括：文件名、擴展名、長度、類型、物理地址及其它文件屬性。,33,單級目錄結(jié)構(gòu)新建文件時，要檢索所有目錄項，保證新文件名唯一。建立新表項，置狀態(tài)

11、位為1。刪除文件時，找到目錄項，回收空間，清除目錄項優(yōu)點：簡單、能實現(xiàn)按名存取缺點： 查找速度慢； 不允許重名； 不便于文件共享，只能適用于單用戶環(huán)境。,34,2、兩級目錄結(jié)構(gòu)為每個用戶建立一個單獨的用戶文件目錄，由用戶的所有FCB組成。系統(tǒng)中再建立一個主文件目錄。每個用戶的目錄文件占一個目錄項。,35,兩級目錄結(jié)構(gòu)用戶可請求系統(tǒng)為自己建立UFD，也可請求系統(tǒng)將其撤消。新建用戶文件時，OS檢查用戶UFD文件名，建立新表項。刪除用戶文件時，OS查找用戶UFD 文件目錄項，回收存儲空間，刪除目錄項。優(yōu)點： 提高檢索目錄的速度 不同的用戶目錄中文件可以同名,36,3、多級目錄結(jié)構(gòu)（樹型目錄結(jié)構(gòu)）1）

12、目錄結(jié)構(gòu)：大型文件系統(tǒng)采用三級或三級以上的目錄結(jié)構(gòu)。,37,多級目錄結(jié)構(gòu)2）路徑名： 從根目錄到任何數(shù)據(jù)文件，都有一條唯一的通路，把全部目錄文件名和數(shù)據(jù)文件名，依次用“/”鏈接起來，構(gòu)成該數(shù)據(jù)文件的路徑名（絕對路徑）。如：B/E/J,3）當前目錄：,進程在一定時間內(nèi)所訪的文件僅限于某個文件目錄之下，該文件目錄可設(shè)置為當前目錄。 把從當前目錄開始直到數(shù)據(jù)文件為止構(gòu)成的路徑名叫做相對路徑。例如：用戶B的當前目錄是E，則可使用相對路徑名“J”來訪問自己的J文件。,38,4）增加和刪除目錄增加目錄： 用戶可為自己建立UFD，并可再創(chuàng)建子目錄。創(chuàng)建文件時，先查看自己的UFD及其子目錄，無重名文件則在UF

13、D或某子目錄中增加一個新目錄項。,刪除目錄： 若為空目錄，可直接刪除目錄項。 若非空目錄，則： a、不刪除非空目錄。采用遞規(guī)方式刪除。 b、可刪除非空目錄。所有文件/子目錄同時刪除。,MS-DOS,39,目錄查詢技術(shù)一線性檢索法（順序檢索）： a.單級目錄中，利用用戶提供的文件名，利用順序查找法，從文件目錄中找到指名文件的目錄項。 b.在樹型目錄中，用戶提供的文件名是由多個文件分量名組成的路徑名，此時須對多級目錄進行查找,7.3.3、目錄查詢技術(shù),40,根目錄文件,假定用戶給定的文件路徑名是/usr/ast/mbox，則查找過程如下：,/usr的目錄文件,/usr/ast的目錄文件,41,目錄

14、查詢技術(shù)二Hash方法： 建立一張Hash索引文件目錄后，便可利用Hash方法進行查詢。即系統(tǒng)利用用戶提供的文件名并將它變換為文件目錄的索引值，再利用該索引值到目錄中去查找。,Hash沖突n個不同的文件名有可能轉(zhuǎn)換為相同的Hash值,42,一種處理沖突的有效規(guī)則：（1）利用Hash法索引查找目錄時，目錄項空，表示無文件（2）如果目錄項中的文件名與指定文件名匹配，表示找到文件，并找出文件的物理地址。（3）如果目錄項中的文件名與指定文件名不匹配，即“沖突”。需將Hash值在加上一個常數(shù)，形成新的索引值，再返回第一步重新開始查找。,43,7.4 文件共享,基于索引結(jié)點的共享方式利用符號鏈實現(xiàn)文件共享

15、,44,7.4.1、基于索引結(jié)點的共享方式,引入：在樹型結(jié)構(gòu)目錄中，多用戶要共享一個文件，必須將共享文件鏈接到多個用戶目錄中。,如何建立B目錄與共享文件的鏈接呢？方法一：在目錄文件中每個目錄項是原始的FCB，則在鏈接時，必須將文件的物理地址COPY到B目錄中。缺點：以后B或C繼續(xù)向該文件添加的內(nèi)容（盤塊）將不能被共享。,45,基于索引結(jié)點的共享方式文件目錄中只設(shè)置文件名及指向相應(yīng)索引結(jié)點的指針；文件的物理地址及其它的文件屬性等信息只存放在索引結(jié)點中；,鏈接計數(shù),缺點：用戶C不再需要此文件時不能執(zhí)行刪除,46,7.4.2、利用符號鏈實現(xiàn)文件共享,符號鏈與符號鏈接由系統(tǒng)創(chuàng)建一個Link類型新文件，

16、新文件中包含被鏈接（共享）文件的路徑名。要訪問共享文件，則必須先訪問Link新文件，此時將被OS截獲，OS根據(jù)新文件中的路徑名去讀共享文件，這種方式稱為符號鏈接。只有文件主（文件創(chuàng)建者）才擁有指向文件索引結(jié)點的指針。因此，文件主可隨時刪除此文件,47,優(yōu)缺點：能夠鏈接任何地方的文件按路徑查找的訪問開銷大，需要冗余的索引結(jié)點允許使用多個不同的名字訪問共享文件，因此遍歷文件系統(tǒng)時會重復(fù)訪問此共享文件。,48,第八章 磁盤存儲器的管理,第一節(jié) 外存的組織方式第二節(jié) 文件存儲空間的管理,49,8.1外存的組織方式,連續(xù)分配順序式文件結(jié)構(gòu)鏈接分配鏈接式文件結(jié)構(gòu)索引分配索引式文件結(jié)構(gòu),外存分配方式即文件的物理組織形式。文件的物理結(jié)構(gòu)與外存分配方式有關(guān)，采用不同的分配方式時，將形成不同的文件物理結(jié)構(gòu)。,分配方式 文件物理結(jié)構(gòu),50,8.1.1、連續(xù)組織方式,1、連續(xù)分配方式原理：為每一個文件分配一組相鄰接的盤塊；把邏輯文件中的記錄順序的存儲到鄰接的各物理盤塊中，此時的文件結(jié)構(gòu)稱為順序文件結(jié)構(gòu)。,51,3、連續(xù)分配的優(yōu)缺點順序訪問容易，并可實現(xiàn)直接存?。豁樞蛟L問速度快；（磁頭的移動距離最少）缺點：要求