計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第七章 文件管理本章內(nèi)容n 7.1 文件和文件系統(tǒng) n 7.2 文件的邏輯結(jié)構(gòu)n 7.3 文件目錄n 7.4 文件共享n 7.5 文件保護(hù)7.1 文件和文件系統(tǒng) 7.1.1 文件、記錄和數(shù)據(jù)項(xiàng) 1 數(shù)據(jù)項(xiàng) 最低級(jí)的數(shù)據(jù)組織形式，可把它分成以下兩種類型：（1）基本數(shù)據(jù)項(xiàng)。用于描述一個(gè)對(duì)象的某種屬性的字符集。是數(shù)據(jù)組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據(jù)單位，即原子數(shù)據(jù)，又稱為數(shù)據(jù)元素或字段。（2）組合數(shù)據(jù)項(xiàng)。它是由若干個(gè)基本數(shù)據(jù)項(xiàng)組成的，簡稱組項(xiàng)。根據(jù)屬性的不同，需要用不同的數(shù)據(jù)類型來描述。2 記錄 記錄是一組相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，用于描述一個(gè)對(duì)象在某方面的屬性。n 例如，一個(gè)學(xué)生使用學(xué)號(hào)、姓名、年齡及所在系班。n n關(guān)鍵字關(guān)鍵字是惟一能標(biāo)識(shí)一個(gè)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)。如：學(xué)號(hào)。7.1.1 文件、記錄和數(shù)據(jù)項(xiàng) 3 文件 文件是具有文件名的一組相關(guān)元素的集合。n n文件結(jié)構(gòu)分為兩種文件結(jié)構(gòu)分為兩種：有結(jié)構(gòu)的文件中，文件由若干個(gè)相關(guān)記錄組成；無結(jié)構(gòu)文件則被看成是一個(gè)字符流。n 文件在文件系統(tǒng)中是一個(gè)最大的數(shù)據(jù)單位；n 文件必須有文件名，通常由一串ASCII 碼或漢字構(gòu)成。7.1.1 文件、記錄和數(shù)據(jù)項(xiàng) n 文件 的屬性可以包括：（1）文件類型。如源文件、目標(biāo)文件 等（2）文件長度。單位可以是塊，字或字節(jié)。（3）文件的物理位置。指示文件在哪一個(gè)設(shè)備上以及在該設(shè)備的哪個(gè)位置的指針。（4）文件的建立時(shí)間。這是指文件最后一次的修改時(shí)間等。3 文件7-17.1.2 文件類型為了便于管理和控制文件而將文件分成若干種類型。常用的幾種文件分類方法：1）按用途分三類：系統(tǒng)，用戶，庫文件。2）按文件中數(shù)據(jù)的形式：源，目標(biāo)以及可執(zhí)行文件。3）按存取控制屬性：只執(zhí)行，只讀，讀寫。文件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：文件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：7.1.3 文件系統(tǒng)的層次模型7-2n 1）對(duì)象及其屬性 對(duì)象有：文件，目錄，磁盤存儲(chǔ)空間。n 2）對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合 核心部分，包括：文件存儲(chǔ)空間的管理，文件目錄的管理，邏輯地址與物理地址轉(zhuǎn)換機(jī)制，文件讀寫管理，文件共享與保護(hù)等。n 3）文件系統(tǒng)的接口 向用戶提供兩種接口：命令（終端鍵入命令）和程序（系統(tǒng)調(diào)用）。7.1.3 文件系統(tǒng)的層次模型 7.1.4 文件操作 n n 用 戶 通 過 文 件 系 統(tǒng) 提 供 的 系 統(tǒng) 調(diào) 用 實(shí) 施對(duì)文件的操作。1.最 基 本 的 文 件 操 作 有：創(chuàng) 建 文 件（分 配外 存，建 立 目 錄 項(xiàng)）、刪 除 文 件（置 空目 錄 項(xiàng)）、讀 文 件、寫 文 件、截 斷 文 件（原 有 文 件 長 度 置0）和 設(shè) 置 文 件 的 讀 寫 位 置（改 變 始 終 從 始 端 開 始 讀/寫 操 作）。2.文件的“打開”和“關(guān)閉”操作：“打 開”(open)，是 指 系 統(tǒng) 將 指 名 文 件 的 屬 性（包 括 該 文 件 在 外 存 上 的 物 理 位 置）從 外 存 拷 貝到 內(nèi) 存 打 開 文 件 表 的 一 個(gè) 表 目 中，并 將 該 表 目 的編號(hào)（或稱為索引）返回給用戶?！瓣P(guān) 閉”（close）系 統(tǒng) 調(diào) 用 來 關(guān) 閉 此 文 件，OS 將會(huì)把該文件從打開文件表中的表目上刪除掉。3 其它文件操作：對(duì) 文 件 屬 性 的 操 作，改 變 文 件 名、改 變 文 件的擁有者，查詢文件的狀態(tài)等 7.1.4 文件操作 本章內(nèi)容n 7.1 文件和文件系統(tǒng) n 7.2 文件的邏輯結(jié)構(gòu)n 7.3 文件目錄n 7.4 文件共享n 7.5 文件保護(hù)7.2 文件的邏輯結(jié)構(gòu) n 文件是由一系列的記錄組成的。n 對(duì)于任何一個(gè)文件，都存在著以下兩種形式的結(jié)構(gòu)：（1）文件的邏輯結(jié)構(gòu) 從用戶觀點(diǎn)出發(fā)所觀察到的文件組織形式。（2）文件的物理結(jié)構(gòu) 指文件在外存上的存儲(chǔ)組織形式。7.2.1 文件邏輯結(jié)構(gòu)的類型 文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為兩大類：文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為兩大類：（11）有結(jié)構(gòu)文件）有結(jié)構(gòu)文件：是指由一個(gè)以上的記錄構(gòu)成的文件，故又把它稱為記錄式文件；n 記錄的長度可分為定長和不定長兩類。n 可采用多種方式組織記錄，形成不同的文件：順序文件：順序文件：是由一系列記錄按某種順序排列所形成的文件。索引文件 索引文件：當(dāng)記錄為可變長度時(shí)，通常為之建立一張索引表。索引順序文件 索引順序文件：它為文件建立一張索引表，為每一組記錄中的第一個(gè)記錄設(shè)置一個(gè)表項(xiàng)。文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為兩大類：（2）無結(jié)構(gòu)文件：是指由字符流構(gòu)成的文件，故又稱為流式文件。n 無結(jié)構(gòu)的文件形式，即流式文件，其長度以字節(jié)為單位n 在UNIX 系統(tǒng)中，所有的文件都被看作是流式文件 7.2.1 文件邏輯結(jié)構(gòu)的類型 7.2.2 順序文件 1 邏輯記錄的排序 n 文件中的記錄排列可歸納為以下兩種情況：串結(jié)構(gòu)，各記錄之間的順序與關(guān)鍵字無關(guān)。通常的辦法是由時(shí)間來決定，即按存入時(shí)間的先后排列 順序結(jié)構(gòu)，指文件中的所有記錄按關(guān)鍵字排列。2 順序文件的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):(1)對(duì)順序文件的存取效率是所有邏輯文件中最高的.(2)只有順序文件才能存儲(chǔ)在磁帶上，并能有效地工作。缺點(diǎn):(1)在交互應(yīng)用的場合，如果用戶（程序）要求查找或修改單個(gè)記錄，為此系統(tǒng)便要去逐個(gè)地查找諸記錄。(2)如果想增加或刪除一個(gè)記錄，都比較困難。7.2.2 順序文件 1)定長記錄的順序文件 如果已知當(dāng)前記錄的邏輯地址，便很容易確定下一個(gè)記錄的邏輯地址。在讀一個(gè)文件時(shí)，可設(shè)置一個(gè)讀指針Rptr。令它指向下一個(gè)記錄的首地址，每當(dāng)讀完一個(gè)記錄時(shí)，便執(zhí)行:Rptr：=Rptr 十L（L 為記錄長度）7.2.3 記錄尋址 2）變長記錄的順序文件 在每次讀或?qū)懲暌粋€(gè)記錄后，須將讀或?qū)懼羔樇由螸iWptr：=Wptr 十Li（Li 是剛讀或剛寫完的記錄的長度）7.2.4 索引文件 n 對(duì)于定長記錄，可方便地實(shí)現(xiàn)直接存取。對(duì)于變長記錄就較難實(shí)現(xiàn)直接存取，為了解決這一問題，為變長記錄文件建立一張索引表，索引表是按鍵排序的，可以方便地實(shí)現(xiàn)直接存取。7.2.5 索引順序文件 n n索引順序文件索引順序文件:將順序文件中的所有記錄分為若干個(gè)組,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(gè)記錄建立一個(gè)索引項(xiàng)，其中含有該記錄的鍵值和指向該記錄的指針。n 索引順序文件n 文件檢索n 在對(duì)索引順序文件進(jìn)行檢索時(shí)，首先也是利用用戶(程序)所提供的關(guān)鍵字以及某種查找算法去檢索索引表，找到該記錄所在記錄組中第一個(gè)記錄的表項(xiàng)，從中得到該記錄組第一個(gè)記錄在主文件中的位置；n 然后，再利用順序查找法去查找主文件，從中找到所要求的記錄。n 文件檢索效率n 如果在一個(gè)順序文件中所含有的記錄數(shù)為N，則為檢索到具有指定關(guān)鍵字的記錄，平均須查找N/2 個(gè)記錄；n 但對(duì)于索引順序文件，則為能檢索到具有指定關(guān)鍵字的記錄，平均只要查找個(gè) 記錄數(shù)。n 例如，有一個(gè)順序文件含有10 000 個(gè)記錄，平均須查找的記錄數(shù)為5000 個(gè)。但對(duì)于索引順序文件，則平均只須查找100 個(gè)記錄。可見，它的檢索效率是順序文件的50 倍.7.2.6 直接文件和哈希文件 1 直接文件 n 對(duì)于直接文件，可根據(jù)給定的記錄鍵值，直接獲得指定記錄的物理地址。換言之，記錄鍵值本身就決定了記錄的物理地址。n 這種由記錄 鍵值到記錄物理地址的轉(zhuǎn)換被稱為鍵值轉(zhuǎn)換。7.2.6 直接文件和哈希文件 22哈希（哈希（HashHash）文件：）文件：n 利 用Hash 函 數(shù)，可 將 記 錄鍵值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)記錄的地址。n 為 了 能 實(shí) 現(xiàn) 文 件 存 儲(chǔ) 空 間 的動(dòng) 態(tài) 分 配，通 常 由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。本章內(nèi)容n 7.1 文件和文件系統(tǒng) n 7.2 文件的邏輯結(jié)構(gòu)n 7.3 文件目錄n 7.4 文件共享n 7.5 文件保護(hù)7.3 文件目錄 n 對(duì)目錄管理的要求如下：（1）實(shí)現(xiàn)“按名存取”。（2）提高對(duì)目錄的檢索速度。（3）文件共享。（4）允許文件重名。7.3.1 文件控制塊和索引結(jié)點(diǎn) 1、文件控制塊n 為了能對(duì)一個(gè)文件進(jìn)行正確的存取，必須為文件設(shè)置用于描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱之為“文件控制塊（文件控制塊（FCBFCB）”n 把文件控制塊的有序集合稱為文件目錄文件目錄。n 一個(gè)文件目錄也被看作是一個(gè)文件，稱為目錄文目錄文件件。1、文件控制塊（1）文件控制塊的基本信息 文件名；文件物理位置；文件邏輯結(jié)構(gòu)（表明文件是流式還是記錄式，定長還是變長等）；文件物理結(jié)構(gòu)（順序文件，鏈?zhǔn)竭€是索引文件）。（2）存取控制信息類 存取權(quán)限（3）使用信息類 文件的建立日期和時(shí)間等。（1）索引結(jié)點(diǎn)的引入 n 文件描述信息單獨(dú)形成一個(gè)稱為索引結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，簡稱為i 結(jié)點(diǎn)。n 在文件目錄中的每個(gè)目錄項(xiàng)，僅由文件名和指向該文件所對(duì)應(yīng)的i 結(jié)點(diǎn)的指針?biāo)鶚?gòu)成。2 索引結(jié)點(diǎn)（2）磁盤索引結(jié)點(diǎn)包括以下內(nèi)容：文件主標(biāo)識(shí)符，文件類型，存取權(quán)限，文件物理地址，文件長度，文件連接計(jì)數(shù)（系統(tǒng)中所有指向該文件名的指針計(jì)數(shù)），文件存取時(shí)間。（3）內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)包括以下內(nèi)容：索 引 結(jié) 點(diǎn) 編 號(hào)，狀 態(tài)，訪 問 計(jì) 數(shù)，文 件 所 屬文件系統(tǒng)的邏輯設(shè)備號(hào)，鏈接指針。2 索引結(jié)點(diǎn) 7.3.2 目錄結(jié)構(gòu) n 目錄結(jié)構(gòu)的組織，關(guān)系到文件系統(tǒng)的存取速度，也關(guān)系到文件的共享性和安全性。因此，組織好文件的目錄，是設(shè)計(jì)好文件系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。n 目前常用的目錄結(jié)構(gòu)形式有單級(jí)目錄、兩級(jí)目錄和多級(jí)目錄。1 單級(jí)目錄結(jié)構(gòu) n n單單級(jí)級(jí)目目錄錄的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：是 簡 單 且 能 實(shí) 現(xiàn) 目 錄 管 理 的基本功能 按名存取。n n單級(jí)目錄缺點(diǎn)單級(jí)目錄缺點(diǎn)：（1）查找速度慢。（2）不允許重名。（3）不便于實(shí)現(xiàn)文件共享。適合單用戶環(huán)境。1 單級(jí)目錄結(jié)構(gòu) 2.兩級(jí)目錄 n 為 每 一 個(gè) 用 戶 建 立 一 個(gè) 單 獨(dú) 的 用 戶 文 件 目 錄UFD，再 建 立 一 個(gè) 主 文 件 目 錄MFD。在 主 文 件 目 錄 中，每 個(gè) 用 戶 目 錄 文 件 都 占 有 一 個(gè) 目 錄 項(xiàng)，其 目 錄 項(xiàng) 中包括用戶名和指向該用戶目錄文件的指針n 兩級(jí)目錄結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了檢索目錄的速度。（2）在不同的用戶目錄中，可以使用相同的文件名。（3）不同用戶還可使用不同的文件名來訪問系統(tǒng)中的同一個(gè)共享文件。2.兩級(jí)目錄 7.3.3 樹形結(jié)構(gòu)目錄（多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)）（1）目錄結(jié)構(gòu)：主目錄在這里被稱為根目錄，把數(shù)據(jù)文件稱為樹葉，其它的目錄均作為樹的結(jié)點(diǎn)。（2）路徑名 從樹的根（即主目錄）開始，把全部目錄文件名與數(shù)據(jù)文件名，依次地用“/”連接起來，即構(gòu)成該數(shù)據(jù)文件的路徑名（path name）。系統(tǒng)中的每一個(gè)文件都有惟一的路徑名。（3）當(dāng)前目錄 為每個(gè)進(jìn)程設(shè)置一個(gè)“當(dāng)前目錄”，又稱為“工作目錄”進(jìn)程對(duì)各文件的訪問都相對(duì)于“當(dāng)前目錄”而進(jìn)行。7.3.3 樹形結(jié)構(gòu)目錄（多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)）n n 增加目錄 在用戶要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，只需查看在自己的UFD 及其子目錄中，有無與新建文件相同的文件名。若無，便可在UFD 或其某個(gè)子目錄中增加一個(gè)新目錄項(xiàng)。n n 目錄刪除采用下述兩種方法處理：（1）不刪除非空目錄。（2）可刪除非空目錄。（4）增加和刪除目錄 7.3.4 目錄查詢技術(shù) 對(duì)目錄進(jìn)行查詢的方式有兩種：對(duì)目錄進(jìn)行查詢的方式有兩種：線性檢索法線性檢索法和和HashHash方法方法。1 線性檢索法n 線性檢索法又稱為順序檢索法。在單級(jí)目錄中，利用用戶提供的文件名，用順序查找法直接從文件目錄中找到指名文件的目錄項(xiàng)。在樹型目錄中，用戶提供的文件名是由多個(gè)文件分量名組成的路徑名，此時(shí)須對(duì)多級(jí)目錄進(jìn)行查找。1 線性檢索法假定用戶給定的文件路徑名是/usr/ast/mbox，則查找/usr/ast/mbox 文件的過程如圖7-12 所示n n Hash 方法:建立了一張Hash 索引文件目錄，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。n Hash 方法將顯著地提高檢索速度。n 在文件名中使用了通配