操作系统第六章 文件管理

添加记录置于文件尾部，在索引表中增加一表项，
删除记录，一般只要删除索引表的表项即可。
* 缺点
构造索引表增加了系统的存储开销(需辅助存储空间)。
3）索引顺序文件（P211 图6-5）
顺序文件与索引文件的结合(每组记录建立一个索引项)。 可减少索引表的长度。
4）哈希（散列Hash）文件
直接用关键字通过哈希函数快速查找到对应记录的地址。
* 目录文件 由子目录（分目录）数据构成的文件称为目录文件，
其也必须有对应的文件名。
* 多级目录优点：
具有较高的查询速度，特别是设置了当前目录，在
当前目录下查找文件将更为快捷。 * 缺点： 多级查找可能要多次读盘（读子目录文件），降低 查找速度。
3）索引结点
为减少目录数据量，减少读盘次数，提高目录查询速度引 入的新的数据结构即将文件名与文件说明信息分开存放。
Zhang
Wang Li 文件名 Wa Wb 主目录MFD （整个文件系统一张） 物理地址
Wa Wb
文件名 Lim Wa
物理地址
Lim
Wa
用户文件目录UFD （每个用户一张表）
* 文件的建立和删除
用户登录建立新文件：需分配主目录和用户文件目录空间。 用户退出：需释放文件目录空间和对应主目录表目。
建立、删除文件必须先查主目录，再查用户文件目
序号 第一个空闲盘块号
1 2
空闲盘块数
4 （2, 3, 4, 5）
2
3
9
15
3
5
（9, 10, 11）
（15, 16, 17, 18, 19）
空闲表
* 盘块的分配与回收
分配：查空闲表，找到一个足够大的空闲盘区，一分为二分配之
回收：先进行回收盘区的邻接合并，再记入（修改）空闲表 特点：可为文件分配连续盘块空间，但会产生磁盘碎片
第六章 文件管理
本章要点：
1）文件的概念,文件系统及其组成 2）文件的逻辑结构与存储结构 3）文件目录、索引结点和目录管理
4）文件存储空间的分配与管理
5）文件的共享与保护
一、概述
1）文件的概念
* 问题的提出
计算机系统资源
硬件：处理机、内存、外设其管理前已介绍
软件：程序、数据如何存储,如何管理？
五、文件存储空间的分配与管理
文件： 数据文件 存放于外存（磁盘）
目录文件
如何分配存储空间？
分配方式
连续分配方式
离散分配方式
以盘块为单位
1）分配算法
* 基本要求： 有利于外存空间的充分利用，
具有较高的存取访问速度。 * 常用算法 空闲表法
空闲链表法
位示图法
成组链接法
2）空闲表法
* 数据结构：建立一张空闲表，记录所有空闲盘区情况
逻辑块 0 1 0 1 物理块号 9 16
2
3 4 文件
2
3 4
1
10 25
索引表被存放在专门的 盘块中，该盘块称为索 引块。
索引块（盘块）
* 优点：方便直接存取（查找索引表后直接读/写盘块）。 * 缺点：索引表占用外存空间，需先读索引块，文件很大
时，占用多个块，且查找索引表花费时间。
* 索引表查找速度问题的解决
（2）流式文件结构
文件由字符（字节数据）序列构成。
可看作是特殊的记录式文件。
三、文件的物理（存储）结构
1）文件的存储方式
连续分配存储方式 链接分配方式 索引分配方式
离散分配存储方式
2）连续分配方式
文件被分割成若干部分，这些逻辑上连续的若干部分 （称为逻辑块）被分别存放到磁盘的若干连续的物理盘块 中（位于同一磁道或相邻磁道） * 优点：有利于文件的顺序存取，且可获得较高的存取速度。 * 缺点：要求有足够大的连续盘块空间，不利于文件的动态文 件 体源自* 文件的结构与结构。
逻辑结构：用户所能看到和可直接处理的文件的组织形式 物理结构：文件在物理存储器上的组织形式与存储结构。
* 文件类型
按性质与用途划分：系统文件，用户文件，库文件 按数据的类型划分：源文件，目标代码文件，可执行文件，数据文件
按数据的存取属性划分：只读文件，可读、写文件，只可执行文件
采用两级索引，针对一般不太长文件 采用多级索引，针对较长文件 采用混合索引，长、短文件均适用
* 混合索引（UNIX OS采用）
主索引存放在文件的索引结点之中，文件操作（打开）时 被调到内存。 索引结点
iaddr（0）~ iaddr（9）
0 1
直接地址 一次间址
iaddr（10）
主索引表 9 10 11 12
对应一个表项。
作用： OS ：通过文件目录对文件实施管理和操作； 用户：借助文件目录对文件实施“按名存取” （访问文件）。
* 目录所包含的内容
基本信息 文件名，文件长度，文件结构，文件在外存的存 储位置等。 控制信息 文件主的存取权限，核准用户或一般用户的权限等。
使用信息 文件建立（修改）日期、时间； 当前共享使用该文件的用户（进程）数； 文件是否被上锁，修改后是否未被拷贝到外存等。
* 优点：
无需足够大的连续盘块空间，有利于文件动态增长，
还可减少磁盘碎片。 * 缺点： 文件的直接存取需多次读盘获取链接地址（指针）， 因此不利于直接存取。
采用显式链接需占用大量内存空间（链表或文件分 配表FAT）。
链接分配方式对应的物理文件又称之为串联文件。
3）索引分配方式
采用离散分配方式存储文件，为每个文件建立一张索引 表，记录逻辑块与物理块的对应关系，通过查找索引表获得 物理盘块地址。
树型目录结构
A B C
2
A
6
B
7
D
3
F
E
D
4
G
8
A
9
5
A
11
C
10
12 15
J
16
N
K
13 17
J
18
M K
19
14
A
20
H
21
F
* 路径名 从根结点（根目录）至数据文件结点通路上的结点名串
例、15号文件的路径名为：/B/F/J（绝对路径名）
8号文件的路径名为：/C/G * 当前目录（值班目录） 设置当前目录，访问文件可从当前目录开始，从而 可缩短路径名的长度，提高文件查询速度。 例、当前目录为12号子目录（文件）， 则15号文件的路径名为：J（相对路径名）
2）目录结构简介
（1）单级目录结构
文件名
F1
文件长度
23K 15K 2K
物理地址
…
状态
1 1 0 1
Zs Ls
一个文件卷一张表格，每个文件占有一个目录项。
…
* 文件的建立和删除
建立新文件：查目录，无同名文件则找一个空目录（状态
为0）分配给新文件使用（填入相关说明信息）。
删除文件：查目录，找到同名者，根据物理地址回收外存
* 解决办法 对程序、数据的关系或逻辑结构进行规范，使之 便于存储、查找、访问。
这些被规范了的，具有一定格式和结构的数据（程序） 的集合称之为文件。
* 文件的定义：具有文件名的一组相关数据元素的集合。
* 文件的组成
文件说明
文件名，文件类型
文件长度、文件的物理地 址 文件的使用情况信息…
文件说明（属性） 文件体
关键字
AN BR … Ri 长度l l0 l1 指针P R0 R1 …
WA
…
li
…
索引表
逻辑文件
索引表本身是一个定长记录的顺序文件(直接查找较为方便)。
* 记录的查找、存取访问
先查找索引表（可采用折半查找法查找索引表），
再进行记录的存取（变长记录的直接存取方便了）。
* 记录的增加或删除
只要修改索引表即可。
按组织形式与处理方式划分：普通文件、目录文件、特殊文件
2）文件系统
用于对文件进行组织、存储、共享、保护和管理的子系统。
* 文件系统的组成与结构
文件系统接口 管理程序集合 文件、文件目录、 文件存储空间
文件系统模型
3）文件操作
用户通过文件系统的接口对文件所能实现的操作。 * 最基本操作
创建文件 删除文件 读文件 写文件 设置文件读、写指针位置
文件结构归纳：
逻辑结构 概念与 定义： 物理结构
用户所能看到和能够 文件在物理存储器上的 直接处理的数据的组 组织形式与结构 织形式与结构 用户看不见的、根据不 同分配方式形成的不同 的物理文件 记录式文件 流式文件 顺序文件 链接文件 索引文件
形式：
四、文件目录管理
1）概述
* 目录及其作用 目录：文件情况说明的集合，是一张表格，每个文件
直接存取：只适合定长记录，尽管变长记录亦可直接存取，
但效率很低（必须依次顺序找到指定记录）。
* 记录的增加或删除
存在一定难度，必须重新调整记录次序（缺点）。
* 优点：批量存取访问文件具有较高的速度。 上述问题（比如变长记录直接存取问题）可采用 索引文件结构来解决。
2）索引文件 * 组织结构
建立一张索引表，记录变长记录的长度及逻辑地址。
1）顺序文件
* 组织结构
串结构：记录按写入的时间顺序先后排列（又称无序结构）
有序结构：记录按关键字（某数据项）的值有序排列
* 记录的查找 顺序查找：适合于串结构，但查找速度较慢。 折半查找、插值查找：适合于有序结构，
可获得较高查找速度。
* 记录的存取（读写）访问 顺序存取：对定长、变长记录文件均可，批量存取效率较高。
iaddr（11）
iaddr（12）