第6章 文件管理

第六章 文件管理
簇



为了适应磁盘容量不断增大的需要，在进行盘 块分配时，不再以盘块而是以簇(cluster)为基本 单位。 簇是一组连续的扇区，在FAT中它是作为一个虚 拟扇区，簇的大小一般是2n (n为整数)个盘块 一个簇应包含扇区的数量与磁盘容量的大小直 接有关。 例如，当一个簇仅有一个扇区时，磁盘的最大 容量为8 MB；当一个簇包含两个扇区时，磁盘 的最大容量可以达到16 MB；当一个簇包含了八 个扇区时，磁盘的最大容量便可达到64 MB。
第六章 文件管理
6.2.2 顺序文件

逻辑记录的排序

串结构：按记录录入顺序存储 顺序结构：按关键字排列


读/写操作 优点：适用于批量存取记录，方便直接存取 缺点：逐个处理记录性能差，增删记录困难
第六章 文件管理
6.2.3 索引文件
为每个变长记录文件建立一张索引表，每个记 录对应一表项。 索引表按记录键排序，本身是一个定长记录的 索引号 长度 m 指针 p tr R0 顺序文件，方便实现直接存取。 0 m0 R1 1 每个主文件配臵一张索引表，提高了存储费用 m1

定长记录 变长记录

无结构文件：直接由字符序列所构成的文 件，即流式文件


如对大量的源程序、可执行文件、库函数等 长度以字节为单位 采用读写指针访问文件
第六章 文件管理
记录组织方式分类



顺序文件：文件中的记录，顺序地存储到连续的 物理盘块中，顺序文件中所记录的次序，与它们 存储在物理介质上存放的次序是一致的。 索引文件：文件中的记录可存储在并不相邻接的 各个物理块中，记录和物理块之间通过索引表项 按关键字存取文件，通过物理块中的索引表管理， 形成一个完整的文件。 索引顺序文件：为文件建立一张索引表，为每一 组记录中的第一个记录设臵一个表项。
第六章 文件管理
FAT12


MS-DOS系统 每个文件的第一个盘块号放在自己的FCB中。 整个系统有一张文件分配表FAT。在FAT的每 个表项中存放下一个盘块号。 对于1.2 MB的软盘，每个盘块的大小为512 B， 在每个FAT中共含有2.4 K个表项，由于每个 FAT表项占12位，故FAT表占用3.6 KB的存储 空间。
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6.1 文件和文件系统

文件

具有符号名的一组有逻辑意义的信息项的集合。
文件系统


文件、OS中管理文件的软件及数据结构的总体。 负责管理文件的存储、检索、更新，提供安全 可靠的共享和保护手段，并为用户提供一整套 方便有效的文件使用和操作方法。 它在OS接口中占比例最大，是I/O系统的上层 软件。
第六章 文件管理
以簇作为基本的分配单位

优点：

能适应磁盘容量不断增大的情况 可减少FAT表中的项数(在相同的磁盘容量下，FAT 表的项数与簇大小成反比)，使FAT表占用更少的存 储空间

减少访问FAT表的存取开销
提高文件系统的效率

缺点：会造成更大的簇内零头(它与存储器管理 中的页内零头相似)。
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FAT16



将FAT表的宽度增至16位，最大表项数将增至 65536个，此时便能将一个磁盘分区分为65 536(216)个簇。 具有16位表宽的FAT表称为FAT16。 在FAT16的每个簇中可以有的盘块数为4、8、 16、32直到64，由此得出FAT16可以管理的 最大分区空间为216 × 64 × 512 = 2048 MB。 为了减小磁盘的簇内零头，也就应当选择适当 大小的簇。微软推出了FAT32。
第六章 文件管理
6.3 外存分配方式

文件的物理结构直接与外存分配方式有关。 采用不同的分配方式时，将形成不同的文 件物理结构。


连续分配方式——顺序文件 链接分配方式——链接文件 索引分配方式——索引文件
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6.3.1 连续分配



为每个文件分配一组相邻的盘块。基本都位于 一条磁道上，无须移动磁头。 把逻辑文件中的记录顺序地存储到相邻各盘块 中，形成顺序文件结构。 保证逻辑文件中记录顺序与存储器中文件占用 盘块的顺序一致性。
第六章 文件管理
按文件中数据形式分类



源文件：由源程序和数据构成的文件， ASCII码或汉字文件。 目标文件：源程序经过编译但未链接的目 标代码文件，二进制文件，*.obj 可执行文件：编译后产生的目标代码经链 接后形成的文件。
第六章 文件管理
按存取控制属性分类



只读文件：只允许文件主及被核准的用户去 读文件，而不允许写文件。标记为：-r--可读可写文件：允许文件主及被核准的用户 去读和写文件。标记为： -rw---可执行文件：允许文件主及被核准的用户去 调用执行该文件而不允许读、写文件，标记 为： ---x---
第六章 文件管理
FAT12存在的问题



对所允许的磁盘容量存在着严重的限制，通常 只能是数十兆字节，虽然可以用继续增加簇的 大小来提高所允许的最大磁盘容量，但随着支 持的硬盘容量的增加，相应的簇内碎片也将随 之成倍地增加。 它只能支持8+3格式的文件名。 解决办法：增加FAT表的表项数，亦即应增加 FAT表的宽度
第六章 文件管理
目录 cou nt 0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17
mail
2 6 10 14 18 22 26
list
3 f 7 11 tr 15 19 23 27 31
file start cou nt 0 tr 14 mail 1 9 list 28 f 6
len g th 2 3 6 4 2
第六章 文件管理
文件的分类


文件的分类是为了更好地管理和使用，要科学 地分门别类，对不同的文件进行不同的管理。 这样，不仅提高了文件的存取速度，对文件的 共享和保护也有利。 分类标准



用途 数据形式 存取控制属性 组织形式和处理方式
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按性质和用途分类



系统文件:由系统软件构成的文件，只允许用户通过 系统调用或系统提供的专用命令来执行它们，不允 许对其进行读写和修改。 库文件:文件允许用户对其进行读取和执行，但不允 许修改，主要由各种标准子程序库组成;例如：C语 言子程序库存放在子目录下*.LIB。 用户文件:是用户委托操作系统保存的文件，由文件 的所有者或授权用户才能使用，主要由用户的源程 序、目标程序和用户数据库等组成,例如：*.c *.DBF *.OBJ
命令接口 程序接口
文件管理系统 的核心
文件、目录、 磁盘存储空间
第六章 文件管理
6.1.3 文件操作

基本操作

创建文件、删除文件、读文件、写文件、截断文 件、设臵文件的读/写位臵。


文件的“打开”和“关闭”操作
“Open”：系统将指名文件的属性从外存拷贝到 内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的编 号(或索引)返回给用户。以后当用户再要求对该 文件进行相应的操作时，便可利用系统所返回的 索引号向系统提出操作请求。系统这时便可直接 利用该索引号到打开文件表中去查找，从而避免 了对该文件的再次检索。
第六章 文件管理
FAT32



每一簇在FAT表中的表项占据4字节(232)，FAT 表可以表示4 294 967 296项，即FAT32允许管 理比FAT16更多的簇。 每个簇都固定为4 KB，即每簇用8个盘块代替 FAT16的64个盘块，每个盘块仍为512字节， FAT32分区格式可以管理的单个最大磁盘空间 大到4 KB×232 = 2 TB。 不足：FAT运行速度慢；不支持容量小于 512MB的分区；单个文件长度小于4GB；不向 下兼容。
采用离散分配方式，消除外部碎片，提高外存 利用率 无须事先知道文件大小，动态分配 方便对文件的增、删、改
第六章 文件管理
隐式链接
目录 file jeep start 9 end 25 0 4 8 12 16 1 20 24 28 1 10 5 2 6 3 7
9 16 10 25 11 13 17 21 14 18 22 15 19 23 27 31

…
…
i mi Ri
…
…
索引表
第六章 文件管理
逻辑文件
6.2.4 索引顺序文件

顺序文件和索引文件结合的产物。 将记录分组，为每组第一个记录建立一个索引项 （记录键值，指向该记录的指针）。
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6.2.5 直接文件和哈希文件

直接文件：可根据给定的记录键值，直接 获得指定记录的物理地址。
适合顺序访问， 随机访问低效
2 5 -1 2 6 29 30
第六章 文件管理
显式链接

每个磁盘设臵一个文件分配表FAT，每个文件 的第一个盘块号放在自己的FCB中。
FCB 2 物理块号 0 1 2 3 4
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FAT 0 4
5 1
5
FAT和NTFS技术

FAT12：以盘块为基本分配单位 FAT16 FAT32
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6.2 文件的逻辑结构

文件两种形式的结构：

逻辑结构：用户角度观察到的文件组织形式。 物理结构：文件的存储结构，是指文件在外存 上的存储组织形式。 提高检索速度、便于修改、降低存储费用

对文件逻辑结构提出要求：

第六章 文件管理
6.2.1 文件逻辑结构的类型

有结构文件：由若干个记录所构成的文件， 即记录式文件