操作系统 文件系统基本概念
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媛 静 何 、 模 在 王 、 平平 郭郭
文件的多重结构图示
• K1 • … • Ri … Rj Rz
• Km
• • Rx
Ry
Rw
…
特点：多重结 特点： 构比连续结构 在由给定键的 记录搜索速度 方面要快。 方面要快。比 用行列式节约 存储空间。 存储空间。
按键组成记录队列
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文件系统功能：它负责为用户建立文件，撤消、读写、修改和复制文件， 文件系统功能：它负责为用户建立文件，撤消、读写、修改和复制文件， 还负责完成对文件的按名存取和进行存取控制。 还负责完成对文件的按名存取和进行存取控制。
目录：是由文件说明组成的用于文件检索的特殊文件。 目录：是由文件说明组成的用于文件检索的特殊文件。
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文件逻辑结构——3 文件逻辑结构——3、转置结构
3) 转置结构： 把含有相同键的记录指针全部指向该键，也就是说， 转置结构： 把含有相同键的记录指针全部指向该键，也就是说， 把所有与同一键对应的记录的指针连续地置于目录中该键的位置 连续地置于目录中该键的位置下 把所有与同一键对应的记录的指针连续地置于目录中该键的位置下
媛 静 何 、 模 在 王 、 平平 郭郭
记录式（有结构）：文件由若干记录构成。记录是一个具有特定 ）：文件由若干记录构成 2、记录式（有结构）：文件由若干记录构成。记录是一个具有特定 意义的信息单位。 意义的信息单位。它由该记录在文件中的相对地址与该记录名所对应的 一组键、属性及其属性值所组成。 一组键、属性及其属性值所组成。 记录的组成： 记录的组成：见P200 图7.2
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文件逻辑结构——4 文件逻辑结构——4、顺序结构
媛 静
4) 顺序结构： 顺序结构：
何 、 模 在 王 、 平平 郭郭
形成了顺序结构文件（ 把文件中的键按规定的顺序排列起来就 形成了顺序结构文件（有序 文件）。 文件）。
特点：顺序结构可用多种查找方法，查找速度比较快。 特点：顺序结构可用多种查找方法，查找速度比较快。
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文件系统特点
媛 静
友好用户接口，用户只对文件进行操作， 1) 友好用户接口，用户只对文件进行操作，而不管文 件结构和存放的物理位置。 件结构和存放的物理位置。 对文件按名存取，对用户透明。 2) 对文件按名存取，对用户透明。 某些文件可以被多个用户或进程共享。 3) 某些文件可以被多个用户或进程共享。 文件系统大都使用磁盘、 4) 文件系统大都使用磁盘、磁带和光盘等大容量存储 器作为存储介质，因此，可存储大量信息。 器作为存储介质，因此，可存储大量信息。
平平 郭郭
随机存取：随机存取法允许用户根据记录编号来存取文件的任一 随机存取：随机存取法允许用户根据记录编号来存取文件的任一 记录编号 记录，或者是根据存取命令把读写指针移到欲读写处来读写。 读写指针移到欲读写处来读写 记录，或者是根据存取命令把读写指针移到欲读写处来读写。 按键存取：文件的存取是根据给定的键或记录名进行的。 按键存取：文件的存取是根据给定的键或记录名进行的。按键存 给定的键 进行的 取法首先搜索到要进行存取的记录的逻辑位置， 取法首先搜索到要进行存取的记录的逻辑位置，再将其转换到相 应的物理地址后进行存取. 应的物理地址后进行存取.
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文件记录名和键构成的行列式
j i K1 K2 … Km R1 R2 … RN 1 0 0 … … 特点：用行列式方法浪费存储空间。 特点：用行列式方法浪费存储空间。 0 1 元素a 表示键Ki不包含在记录R Ki不包含在记录 元素aij为0表示键Ki不包含在记录Rj中。 表示键K 包含在记录R 元素a 元素aij为1表示键Ki包含在记录Rj中。
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文件系统基本概念
文件：文件是一组赋名的相关联字符流的集合， 文件：文件是一组赋名的相关联字符流的集合，或者是相关联记录 一个有意义的信息单位）的集合。 （一个有意义的信息单位）的集合。
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文件包括两部分： 文件包括两部分： 文件体：文件本身的信息； 文件体：文件本身的信息； 文件说明：文件存储和管理信息； 文件名、文件内部标识、 文件说明：文件存储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、 文件存储地址、访问权限、访问时间等； 文件存储地址、访问权限、访问时间等；
、 模 在 王 、 平平 郭郭
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文件存取方法
媛
三种文件存取方法
静 何
顺序存取、随机存取、按键存取（直接存取） 顺序存取、随机存取、按键存取（直接存取）
、 模 在 王 、
顺序存取：是按照文件的逻辑地址顺序存取。 顺序存取：是按照文件的逻辑地址顺序存取。 逻辑地址顺序存取
静 何 、 模 在 王 、 平平 郭郭
文件逻辑结构的设计要求： 文件逻辑结构的设计要求： – 访问性能：便于检索；便于修改 访问性能：便于检索； – 存储性能：向物理存储转换方便，节省空间 存储性能：向物理存储转换方便，
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特点：转置结构最适合于由给定键的记录搜索。 特点：转置结构最适合于由给定键的记录搜索。 最适合于由给定键的记录搜索
文件的转置结构图示
• Ki
• • •
Ri Rj Rw
•含有 的所 含有Ki的所 含有 有记录指针 • …
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文件逻辑结构分类
字符流（无结构）： 1、字符流（无结构）： 文件体为字节流 不划分记录，顺序访问， 字节流， 文件体为字节流，不划分记录，顺序访问，每次读写访问可 以指定任意数据长度。 当前操作系统中常用的文件组织。 以指定任意数据长度。是当前操作系统中常用的文件组织。如目标代 源程序。 码，源程序。
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文件系统基本概念（ 文件系统基本概念（续）
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文件系统： 件系统。 文件系统：操作系统中与管理文件相关的软件和数据称为文 件系统。 文件管理软件和被管理对象。 即：文件管理软件和被管理对象。
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对键和记录的搜索方法
媛 静 何
线性搜索法（顺序查找） 算法简单， 1) 线性搜索法（顺序查找）：算法简单，搜索速度较慢 ，平均比较次 数是表长（项数） 1/2。 数是表长（项数）的1/2。 散列法：用散列函数h(k)计算键的逻辑地址。 h(k)计算键的逻辑地址 2) 散列法：用散列函数h(k)计算键的逻辑地址。 散列冲突： 散列冲突： h(k1)=h(k2)=A 散列冲突解决方法： 散列冲突解决方法： 线性散列法：i=2、 （1）线性散列法：i=2、3、。。。 hi(k)=( h1(k)+di ）mod t =a*I， 是常数， 是表长） （di=a*I， a是常数，t是表长） =r， 是随机数） 或（di=r， r是随机数） 平方线性散列法： （2）平方线性散列法： (c是常数 是常数) hi(k)= h1(k)+c*(i*i)mod t (c是常数) 二分搜索法：对顺序文件（有序文件），用二分搜索法较快。 ），用二分搜索法较快 3）二分搜索法：对顺序文件（有序文件），用二分搜索法较快。见图 7.7
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文件逻辑结构——1、连续结构 文件逻辑结构——
媛 静 何 、 模 在 王 、 平平 郭郭
记录式结构文件分类： 记录式结构文件分类： 连续结构、多重结构、转置结构、顺序结构。 连续结构、多重结构、转置结构、顺序结构。
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文件逻辑结构——2 文件逻辑结构——2、多重结构
如果把记录按键和记录名排列成行列式结构，则一个包含n 如果把记录按键和记录名排列成行列式结构，则一个包含n个记 录名、 m≤n)个键的文件构成 维行列式（如下左图）。 录名、m个(m≤n)个键的文件构成 m＊n维行列式（如下左图）。
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文件的物理结构
什么是文件的物理结构？ 什么是文件的物理结构？
媛 静 何 、 模 在 王 、 平平 郭郭
文件的物理结构是指文件在存储设备上存放方法。 文件的物理结构是指文件在存储设备上存放方法。 关于外存分配单位： 关于外存分配单位： 单位 存储介质（如磁盘）与内存交换数据的单位是物理块， 存储介质（如磁盘）与内存交换数据的单位是物理块，外存划分成 物理块 大小相等的若干物理块，文件信息也被划分成与物理块大小相等的逻辑 大小相等的若干物理块，文件信息也被划分成与物理块大小相等的逻辑 外存以块为单位分配 文件的一逻辑块中信息装入外存一物理块中。 块为单位分配。 块，外存以块为单位分配。文件的一逻辑块中信息装入外存一物理块中。
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文件的分类
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1、按文件的性质和用途分类： 按文件的性质和用途分类： 按文件的组织形式分类： 2、按文件的组织形式分类： 按其他方法分类： 3、按其他方法分类：
连续结构： 1) 连续结构： 是一种把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑结构。 是一种把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑结构。 生成的先后顺序连续排列的逻辑结构 特点：适用性强，可用于所有文件（ 特点：适用性强，可用于所有文件（字符流式的无结构文件实质上 记录长度为一个字符的连续结构文件）， ），且记录的排列顺序与记 记录长度为一个字符的连续结构文件），且记录的排列顺序与记 录的内容无关。但按键值查找速度慢。 录的内容无关。但按键值查找速度慢。
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文件逻辑结构(文件的组织) 文件逻辑结构(文件的组织)
媛
什么是文件逻辑结构？ 什么是文件逻辑结构？ 是指从用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构 用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构( 是指从用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构(logical structure)或用户访问模式 文件逻辑结构是用户可见的结构， 或用户访问模式； structure)或用户访问模式；文件逻辑结构是用户可见的结构， 是用户可以直接处理的数据结构，与物理存储无关。 是用户可以直接处理的数据结构，与物理存储无关。
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对键和记录的搜索过程
媛 静
文件搜索包括对键的搜索和对记录的搜索
何 、 模 在 王
1）键的搜索过程： 键的搜索过程：
、 平平 郭郭
确定给定键在文件中的位置即可。 确定给定键在文件中的位置即可。 2）记录搜索过程：记录搜索过程： 在含有该记录键值的所有记录中查找 所需记录。 所需记录。page 203 图8.6
… … 1 1 …
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文件逻辑结构——2 多重结构（ 文件逻辑结构——2、多重结构（续）
多重结构：如果把记录按键组成记录队列(如下图） 多重结构：如果把记录按键组成记录队列(如下图） 组成记录队列 则一个包含n个记录名、 m≤n)个键的文件构成 则一个包含n个记录名、m个(m≤n)个键的文件构成 个队列， 个队列构成文件的多重结构 多重结构。 m个队列，这m个队列构成文件的多重结构。
文件的多重结构图示
• K1 • … • Ri … Rj Rz
• Km
• • Rx
Ry
Rw
…
特点：多重结 特点： 构比连续结构 在由给定键的 记录搜索速度 方面要快。 方面要快。比 用行列式节约 存储空间。 存储空间。
按键组成记录队列
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文件系统功能：它负责为用户建立文件，撤消、读写、修改和复制文件， 文件系统功能：它负责为用户建立文件，撤消、读写、修改和复制文件， 还负责完成对文件的按名存取和进行存取控制。 还负责完成对文件的按名存取和进行存取控制。
目录：是由文件说明组成的用于文件检索的特殊文件。 目录：是由文件说明组成的用于文件检索的特殊文件。
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文件逻辑结构——3 文件逻辑结构——3、转置结构
3) 转置结构： 把含有相同键的记录指针全部指向该键，也就是说， 转置结构： 把含有相同键的记录指针全部指向该键，也就是说， 把所有与同一键对应的记录的指针连续地置于目录中该键的位置 连续地置于目录中该键的位置下 把所有与同一键对应的记录的指针连续地置于目录中该键的位置下
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记录式（有结构）：文件由若干记录构成。记录是一个具有特定 ）：文件由若干记录构成 2、记录式（有结构）：文件由若干记录构成。记录是一个具有特定 意义的信息单位。 意义的信息单位。它由该记录在文件中的相对地址与该记录名所对应的 一组键、属性及其属性值所组成。 一组键、属性及其属性值所组成。 记录的组成： 记录的组成：见P200 图7.2
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文件逻辑结构——4 文件逻辑结构——4、顺序结构
媛 静
4) 顺序结构： 顺序结构：
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形成了顺序结构文件（ 把文件中的键按规定的顺序排列起来就 形成了顺序结构文件（有序 文件）。 文件）。
特点：顺序结构可用多种查找方法，查找速度比较快。 特点：顺序结构可用多种查找方法，查找速度比较快。
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文件系统特点
媛 静
友好用户接口，用户只对文件进行操作， 1) 友好用户接口，用户只对文件进行操作，而不管文 件结构和存放的物理位置。 件结构和存放的物理位置。 对文件按名存取，对用户透明。 2) 对文件按名存取，对用户透明。 某些文件可以被多个用户或进程共享。 3) 某些文件可以被多个用户或进程共享。 文件系统大都使用磁盘、 4) 文件系统大都使用磁盘、磁带和光盘等大容量存储 器作为存储介质，因此，可存储大量信息。 器作为存储介质，因此，可存储大量信息。
平平 郭郭
随机存取：随机存取法允许用户根据记录编号来存取文件的任一 随机存取：随机存取法允许用户根据记录编号来存取文件的任一 记录编号 记录，或者是根据存取命令把读写指针移到欲读写处来读写。 读写指针移到欲读写处来读写 记录，或者是根据存取命令把读写指针移到欲读写处来读写。 按键存取：文件的存取是根据给定的键或记录名进行的。 按键存取：文件的存取是根据给定的键或记录名进行的。按键存 给定的键 进行的 取法首先搜索到要进行存取的记录的逻辑位置， 取法首先搜索到要进行存取的记录的逻辑位置，再将其转换到相 应的物理地址后进行存取. 应的物理地址后进行存取.
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文件记录名和键构成的行列式
j i K1 K2 … Km R1 R2 … RN 1 0 0 … … 特点：用行列式方法浪费存储空间。 特点：用行列式方法浪费存储空间。 0 1 元素a 表示键Ki不包含在记录R Ki不包含在记录 元素aij为0表示键Ki不包含在记录Rj中。 表示键K 包含在记录R 元素a 元素aij为1表示键Ki包含在记录Rj中。
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文件系统基本概念
文件：文件是一组赋名的相关联字符流的集合， 文件：文件是一组赋名的相关联字符流的集合，或者是相关联记录 一个有意义的信息单位）的集合。 （一个有意义的信息单位）的集合。
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文件包括两部分： 文件包括两部分： 文件体：文件本身的信息； 文件体：文件本身的信息； 文件说明：文件存储和管理信息； 文件名、文件内部标识、 文件说明：文件存储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、 文件存储地址、访问权限、访问时间等； 文件存储地址、访问权限、访问时间等；
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文件存取方法
媛
三种文件存取方法
静 何
顺序存取、随机存取、按键存取（直接存取） 顺序存取、随机存取、按键存取（直接存取）
、 模 在 王 、
顺序存取：是按照文件的逻辑地址顺序存取。 顺序存取：是按照文件的逻辑地址顺序存取。 逻辑地址顺序存取
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文件逻辑结构的设计要求： 文件逻辑结构的设计要求： – 访问性能：便于检索；便于修改 访问性能：便于检索； – 存储性能：向物理存储转换方便，节省空间 存储性能：向物理存储转换方便，
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特点：转置结构最适合于由给定键的记录搜索。 特点：转置结构最适合于由给定键的记录搜索。 最适合于由给定键的记录搜索
文件的转置结构图示
• Ki
• • •
Ri Rj Rw
•含有 的所 含有Ki的所 含有 有记录指针 • …
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文件逻辑结构分类
字符流（无结构）： 1、字符流（无结构）： 文件体为字节流 不划分记录，顺序访问， 字节流， 文件体为字节流，不划分记录，顺序访问，每次读写访问可 以指定任意数据长度。 当前操作系统中常用的文件组织。 以指定任意数据长度。是当前操作系统中常用的文件组织。如目标代 源程序。 码，源程序。
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文件系统基本概念（ 文件系统基本概念（续）
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文件系统： 件系统。 文件系统：操作系统中与管理文件相关的软件和数据称为文 件系统。 文件管理软件和被管理对象。 即：文件管理软件和被管理对象。
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对键和记录的搜索方法
媛 静 何
线性搜索法（顺序查找） 算法简单， 1) 线性搜索法（顺序查找）：算法简单，搜索速度较慢 ，平均比较次 数是表长（项数） 1/2。 数是表长（项数）的1/2。 散列法：用散列函数h(k)计算键的逻辑地址。 h(k)计算键的逻辑地址 2) 散列法：用散列函数h(k)计算键的逻辑地址。 散列冲突： 散列冲突： h(k1)=h(k2)=A 散列冲突解决方法： 散列冲突解决方法： 线性散列法：i=2、 （1）线性散列法：i=2、3、。。。 hi(k)=( h1(k)+di ）mod t =a*I， 是常数， 是表长） （di=a*I， a是常数，t是表长） =r， 是随机数） 或（di=r， r是随机数） 平方线性散列法： （2）平方线性散列法： (c是常数 是常数) hi(k)= h1(k)+c*(i*i)mod t (c是常数) 二分搜索法：对顺序文件（有序文件），用二分搜索法较快。 ），用二分搜索法较快 3）二分搜索法：对顺序文件（有序文件），用二分搜索法较快。见图 7.7
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文件逻辑结构——1、连续结构 文件逻辑结构——
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记录式结构文件分类： 记录式结构文件分类： 连续结构、多重结构、转置结构、顺序结构。 连续结构、多重结构、转置结构、顺序结构。
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文件逻辑结构——2 文件逻辑结构——2、多重结构
如果把记录按键和记录名排列成行列式结构，则一个包含n 如果把记录按键和记录名排列成行列式结构，则一个包含n个记 录名、 m≤n)个键的文件构成 维行列式（如下左图）。 录名、m个(m≤n)个键的文件构成 m＊n维行列式（如下左图）。
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文件的物理结构
什么是文件的物理结构？ 什么是文件的物理结构？
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文件的物理结构是指文件在存储设备上存放方法。 文件的物理结构是指文件在存储设备上存放方法。 关于外存分配单位： 关于外存分配单位： 单位 存储介质（如磁盘）与内存交换数据的单位是物理块， 存储介质（如磁盘）与内存交换数据的单位是物理块，外存划分成 物理块 大小相等的若干物理块，文件信息也被划分成与物理块大小相等的逻辑 大小相等的若干物理块，文件信息也被划分成与物理块大小相等的逻辑 外存以块为单位分配 文件的一逻辑块中信息装入外存一物理块中。 块为单位分配。 块，外存以块为单位分配。文件的一逻辑块中信息装入外存一物理块中。
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文件的分类
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1、按文件的性质和用途分类： 按文件的性质和用途分类： 按文件的组织形式分类： 2、按文件的组织形式分类： 按其他方法分类： 3、按其他方法分类：
连续结构： 1) 连续结构： 是一种把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑结构。 是一种把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑结构。 生成的先后顺序连续排列的逻辑结构 特点：适用性强，可用于所有文件（ 特点：适用性强，可用于所有文件（字符流式的无结构文件实质上 记录长度为一个字符的连续结构文件）， ），且记录的排列顺序与记 记录长度为一个字符的连续结构文件），且记录的排列顺序与记 录的内容无关。但按键值查找速度慢。 录的内容无关。但按键值查找速度慢。
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文件逻辑结构(文件的组织) 文件逻辑结构(文件的组织)
媛
什么是文件逻辑结构？ 什么是文件逻辑结构？ 是指从用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构 用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构( 是指从用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构(logical structure)或用户访问模式 文件逻辑结构是用户可见的结构， 或用户访问模式； structure)或用户访问模式；文件逻辑结构是用户可见的结构， 是用户可以直接处理的数据结构，与物理存储无关。 是用户可以直接处理的数据结构，与物理存储无关。
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对键和记录的搜索过程
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文件搜索包括对键的搜索和对记录的搜索
何 、 模 在 王
1）键的搜索过程： 键的搜索过程：
、 平平 郭郭
确定给定键在文件中的位置即可。 确定给定键在文件中的位置即可。 2）记录搜索过程：记录搜索过程： 在含有该记录键值的所有记录中查找 所需记录。 所需记录。page 203 图8.6
… … 1 1 …
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文件逻辑结构——2 多重结构（ 文件逻辑结构——2、多重结构（续）
多重结构：如果把记录按键组成记录队列(如下图） 多重结构：如果把记录按键组成记录队列(如下图） 组成记录队列 则一个包含n个记录名、 m≤n)个键的文件构成 则一个包含n个记录名、m个(m≤n)个键的文件构成 个队列， 个队列构成文件的多重结构 多重结构。 m个队列，这m个队列构成文件的多重结构。