chapter6文件管理

在直接存取文件访问时，用户除了给 出文件名外，还应给出要读出的记录号。
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定长：记录号i，长度m LA＝i* m 故读写第i个记录的首址为： rptr = addro + i* m wptr = addro + i* m ( addro是i记录所在的物理地址，m 为记录的长度)
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为了加快直接存取的速度,通常采用 索引结构 索引是按记录号的顺序排列的,索引 表的内容包括记录长度和记录的物理地址, 按这种结构查找,首先以记录号为索引,读 出相应表目，找到了该记录的物理首地址 后,就可以读写某个记录了。
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5.1 文件系统的概念
１．文件的概念
文件是具有文件名的一组相关信息的集合，可 分为有结构文件和无结构文件两种。文件在文件系 统中是一个最大的数据单位。
此外，文件应具有自己的属性，包括
：
（１）文件类型 （２）文件长度 （３）文件的物理位置 （４）文件的存取控制 （５）文件的建立时间
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文件类型 按用途分： （１）系统文件 （２）用户文件
所谓文件的存取方法是指读写文件存储器上 的一个物理块的方法，通常有三种存取方法 1）顺序存取方法 在记录式结构的系统中，顺序存取法就 是严格的按照物理记录排列的顺序依次存取， 如果当前存取的记录为Ri，则下次要存取的 记录动的确定为Ri+1，可以认为，在文件存 取过程中,总有一个位置指针指向欲要读取 的记录。
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对于定长记录结构，当前读写指针指出下 一次要读写记录的首地址: rptr:=rptr+m rptr: 当前的读指针，m：记录长 度 wptr:=wptr+m wptr:当前的写指针 顺序文件的存取，可采用预缓冲技术 来加速文件的输入输出。
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2）直接存取方法（随机存取法）
直接存取方法就是随机存取方法，允 许用户随意存取文件中的任何一个记录和 上一次读写位置无关。
（３）库文件
按文件中的数据形式分：
（１）源文件
（２）目标文件
（３）可执行文件
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按存取控制属性分类：
（１）只允许执行文件 （２）只读文件
（３）可读写文件
按文件的逻辑结构分类：
（１）有结构文件
（２）无结构文件 按文件的物理结构分类： （１）顺序文件 （２）链接文件
（３）索引文件
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2．文件系统的引入
操作系统对计算机的管理包括两个方面： 硬件资源的管理和软件资源的管理。 硬件资源管理主要解决硬件资源的有效和合理 利用问题。 软件资源管理包括对各种程序和数据的管理。
b.多重结构（Ｍｕｌｔｉ＿ｌｉｓｔ）
一个包含n 个记录名、m 个键的文件构成一 个m*n 维行列式。其中如果第i行和第j列所对应 的位置上为1，则表示键Ki 在记录Rj 中；反之， 则表示键Ki不在记录Rj中。另外，同一个键也可 以同时属于不同的记录。
R1 R2 Ｋ１ Ｋ２ ．．． Ｋｍ K1 ． Ｋｍ Ｒｘ Ｒｙ ．．．
磁带：数据是以块的形式存放的。每个块同下一 个块之间用一个间隙分开（比如说0.6英寸）。 这个间隙使得磁带机在读到数据之前能加速到正 常的速度，并使当读完块数据停下来之后，不会 到达下一块。
….. 间隙 数据块 间隙 数据块 间隙 ……
磁带块中的每一个物理块记录都有一个唯一标识 符号－物理记录号，为了确定刚读入主存的物理 记录是否就是要的记录，可以将它的物理记录号 同要找的物理记录进行比较。
中档
高档
1600
125 0.6 200
6250
200 0.3 1250
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5.4 文件存储空间管理
无论是程序还是数据，所有信息都是 以文件形式存放在外存上。所以，这些外 部存储器也称为文件存储器。外存上文件 存放的空间也叫作“文件存储空间”。
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文件存储空间是系统与多个用户共享 的资源，用户只要给出文件名就可以实现 按名存取。系统将外存空间分成若干大小 相等的物理块，以块为单位来交换信息。 因此，需要对外存的物理块进行管理。比 如，建立空闲管理表，标出哪些块正在使 用，以便建立文件时能迅速、合理、方便 地找出空白存储块进行分配。将文件释放 出来的存储块回收，归还给系统。
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文件系统的功能 1）实现从逻辑文件到物理文件的转换。 2）有效地分配和管理文件存储空间。 3）建立文件目录。 4）提供合适的存取方法，适应各种不
同的应用。
5）给用户提供一组文件操作。
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5.2 文件的逻辑结构与存取方法
5.2.1 逻辑结构
文件的逻辑结构----呈现在用户面前的文 件结构。 逻辑结构分为两种： 一种是记录式文件，另一种为流式文件。
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CPU 管理 硬件资源 存储器管理
设备管理 对计算机资源管理
系统程序
软件资源
系统应用程序或工具 库函数 用户应用程序
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文件系统引入的原因：
在多道程序引入后,多个用户共享大容量 的文件存储器。让用户自己协调管理外存上 的信息，难以办到，也不允许。
现代OS都引入了文件系统。协助用户存 取和管理它的信息，使得用户“按其文件名” 存取信息十分方便。
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文件存储空间的管理，实际上就是一个空闲 块的组织和管理问题。三种常用的管理方法： 空闲文件目录，空闲块链，位示图
（1）空闲文件目录。 空闲文件----盘空间上一个连续的未分配区 域。
系统为所有这些空白文件单独建立一个 目录。对于每个空白文件，就在这个目录中 建立一个表目。表目的内容包括：第一空白 块地址（物理块号）、空白块个数，如下表： 37
3.文件信息占据最小的存储空间。
4.是便于用户进行操作的。
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常用的记录式结构文件：
连续结构、多重结构、转置结构、顺序结构。
a.连续结构 把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑 结构。
特点:是适应性强。可用于所有文件。记录 的排列顺序与记录的内容无关，利于记录的追 加与变更。 缺点：搜索性能差，若要找出某个指定键 的记录时，系统必须对文件全体进行搜索。 15
第五章 文件系统
文件系统是对软件资源的管理。 文件系统是计算机组织、存取和保护信 息的重要手段。
计算机的重要作用之一是快速处理大量 信息。从而信息的组织、存取和保管就成为 一个极为重要的内容。
本章讨论的问题：文件的组织结构、存 取结构、文件的保护、文件系统空间。
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5.1 文件系统的概念 5.2 文件的逻辑结构与存取方法 5.3 文件的物理结构与存储设备 5.4 文件存储空间管理 5.5 文件目录管理 5.6 文件存取控制 5.7 文件的使用 5.8 文件系统的层次模型
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3）索引顺序存取方法
前面的是用文件的记录在文件中的位置来编址， 下面介绍的是按逻辑记录中的某个数据项的值来编址， 按键存取是一种用在复杂文件系统特别是数据管理系 统中的存取方法。文件的存取是根据给定的键或记录 名进行的。 按键存取法，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。
这种结构将文件的逻辑记录顺序与磁盘上的 存储空间顺序分开，为了提高辅存空间的利用率， 将逻辑记录分配到不连续的物理块中去.
文件说明信息 文件Ａ 第一物理块号（10） ．．． 物理块号
１０ 1
1５ ０
1５ ２２ １
２２ ２５ ２
２５ －１ ３
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逻辑块号
三.索引式----索引文件 索引结构是实现不连续分配的另一种方 法. 索引结构为每个文件建立一张索引表， 每一表目指出文件每个记录的所存放的物理 地址 优点：具备串联结构所有的优点，适合 与随机存放. 缺点：增加了索引的开销，存取文件时 首先要取得索引表，这样就要增加一次访盘 操作，降低了文件访问的速度.
对键或记录的搜索与其Байду номын сангаас数据搜索问题一样，
都属于表格搜索问题，为了避免大量的查找，采用 索引表来指示键与记录的逻辑地址之间的对应关系。
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5.3 文件的物理结构与存储设备
5.3.1 文件的物理结构
文件的物理结构是指逻辑文件在外存储 器上的存储结构。
在文件系统中，文件的存储设备通常划分为若 干个大小相等的物理块，每块长为512或1024字节。 在记录式文件中，允许一块中存放一个或几个记录， 也可以一个记录占几块。与逻辑文件相对应，常把 外存储器上的文件称为物理文件，把物理块称为物 理文件，把物理块中的信息称为物理记录，它是内 外存交换的基本单位。 24
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什么是记录式文件?
记录----每个逻辑文件按其信息的独立的逻辑 意义可划分成若干个逻辑记录，简称记录。
记录是用户存取信息的基本单位，每个记 录可以从0开始顺序编号，称之为逻辑记录号。 一个文件由若干逻辑记录组成，每个逻辑记录 的长度可以相等也可以不相等，因此在记录式 的文件里又可以由等长记录和变长记录组成。 如学生登记表、职工登记表等就是记录式文件。
下面介绍一种简单的Hash方法： 把文件符号名中个字符进行 ASCII代码 “异或”，得到的HASH值a就是该文件在目 录中的表目位置. H(k)=k1+k2+k3+…….+km ( 这里 的 ‘ ＋ ’ 表示异或)其中,ki(I=1,2,3……..m)为符号， 例如文件名为ANDING,则 H(ANDING)=A+N+D+I+N+G=(1011)2=(11)10 即文件ANDING在目录中的表目位置为11。
常用的文件物理结构如下：
一．连续区分配----连续文件 一个文件的连续信息依次存放在辅存的若干 连续的物理块中，称连续结构，即逻辑记录Ri+1 一定紧按放在逻辑记录Ri之后。
文件说明信息 文件Ａ 第一物理块号（10） 文件长度
物理块号
10 11 12 13 ． ． ３ 逻辑块号
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０
１
２
二 .链接块方式---串联文件
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② 磁带设备的数据传输率主要取决于下列 因素： 1.信息密度（字苻数/英寸） 2.磁带带速（英寸/秒） 3.块间间隙的大小 磁带的容量取决于磁道密度，记录间 隙和带长。 平均来说，从磁道文件中任意存取一 条记录所需要的时间，是读取全部磁带文 件所需时间的一半。
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指标 低挡 磁带密度 （字节/英寸） 800 带速 （英寸/秒） 75 块间间隙 （英寸） 0.6 传输率 （字节/秒） 60 1英寸 = 2．45厘米
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5.3.2 文件存储设备
1．顺序存取存储设备是严格依赖信息的物 理位置进行定位和读写的存储设备，所以， 从存取一个信息块到存取另一个信息块要花 费较长的时间。磁带机是最常用的一种顺序 存储设备，由于它具有存储容量大，稳定可 靠，可装卸和便于保存等优点，已被广泛用 作存档的文件存储介质。
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①磁带
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文件说明信息
文件Ａ
索引表
逻辑块号 0 2 3 物理块号 22 18 30 18 22
索引表指针
．．．
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索引文件示意图
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四.HASH文件 HASh法是一种杂凑法，亦称散列法。 它是一种构造和查找符号表的常用技术， 其基本思想是利用一个简单宜于实现的变换 函数（HASH函数），把每个符号名唯一的变 换成表中的表目位置.即：a=H(k) 其中，H为HASH函数，k为关键字（符号名）， a为k在符号表中相应的表目位置，a又称 HASH值，对于任一符号名，通过HASH变换直 接得到a,比线性查找法大大加快了平均检索 速度. 29
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什么是流式文件？
有序文件的相关数据集合，文件的 长度以字节来计算.如源程序文件、中间 代码文件、编辑程序等。
选取文件的逻辑结构遵循下述原则：
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1.用户对文件信息进行修改操作时，给 定的逻辑结构应能尽量减少对已存储好的 文件信息的变动。 2.当用户需要对文件信息进行操作时， 给定的逻辑结构应使文件在尽可能短的时 间内查找的记录或基本信息单位。
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什么是文件系统：
所谓文件系统是指含有大量的文件及其 属性的说明，对文件进行操作和管理的软件， 以及向用户提供的使用文件的接口等的集合。
（１）文件：在文件系统中有着各种不同类 型的文件。
（２）目录：为了方便用户对文件的检索和 存取，在文件系统中必须配置目录。 （３）磁盘存储空间：文件和目录必定占据 存储空间，要对这部分空间进行有效管理。
序号 第一空白块号 1 2 3 2 9 15
16
Rn
１ 0
０ １ １ １ Ｒｉ
．．．．
．．．． ．．．． Ｒｊ Ｒｚ
１
０ ．．．
c.转置结构（Ｉｎｅｖｅｒｔｅｄ Ｆｉｌｅ）
把含有相同键的记录全部指向该键。
Ｋ１
含有Ｋ１的所有记录指 针 ．．． Ｒｉ Ｒｊ Ｒｚ
d.顺序结构 给定顺序规则，把文件中的键按规定 的顺序排列起来形成的文件。
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5.2.2文件的存取方法