操作系统第6章文件管理(new)
合集下载
操作系统第6章 文件管理(文件目录与目录文件)
具有相似的结构，它由用户所有文件的文件控制块组成。此外，
在系统中再建立一个主文件目录MFD(Master File Directory)； 在主文件目录中，每个用户目录文件都占有一个目录项，其目录 项中包括用户名和指向该用户目录文件的指针。如图2所示：
2015/11/7
15
一 文件目录管理
图2
2015/11/7
●缺点：查找速度慢；文件不能重名。不便于实现文件共享。
文件名 文件名 1 文件名 2 … 物理地址 文件说明 状态位
2015/11/7
表1 单级目录
14
一 文件目录管理
【七】二级目录
●为了克服单级目录所存在的缺点，可以为每一个用户建立一个单 独的用户文件目录UFD(User File Directory)。这些文件目录
二级目录结构示意图
16
一 文件目录管理
●两级目录结构基本上克服了单级目录的缺点，并具有以下优点：
1) 提高了检索目录的速度。如果在主目录中有n个子目录，采用两 级目录可使检索效率提高n/2倍。
2) 在不同的用户目录中，可以使用相同的文件名。
3) 不同用户还可使用不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。 但当多个用户之间要相互合作去完成一个大任务，且一用户又需 去访问其他用户的文件时，这种隔离便成为一个缺点，因为这种 隔离会使诸用户之间不便于共享文件。
2015/11/7 11
一 文件目录管理
●当文件被打开时，要将磁盘索引结点拷贝到内存的索引结点中，便于
以后使用。在内存索引结点中又增加了以下内容： 1. 索引结点编号，用于标识内存索引结点。 2. 状态，指示i结点是否上锁或被修改。 3. 访问计数，每当有一进程要访问此i结点时，将该访问计数加1， 访问完再减1。 4. 文件所属文件系统的逻辑设备号。 5. 链接指针。设置有分别指向空闲链表和散列队列的指针。
操作系统第六章 文件管理
* 其他操作
目录操作 修改文件属性 设置文件访问权限 更改文件名
…
二、文件的逻辑结构
记录式文件（又称有结构文件） 流式文件（又称无结构文件）
（1）记录式文件
文件由若干记录组成，每个记录又由若干数据项组成。 记录：数据的基本单位（也是存取访问的基本单位）
定长记录 变长记录
数据项：数据的最小单位（指基本数据项）
增长，且易产生“磁盘碎片”。
其所对应的物理文件称之为顺序文件或连续文件。
3）链接分配方式
为文件分配离散的盘块，其间（逻辑块间）的逻辑 关系通过链接指针链接形成，链接方式有以下两种： * 隐式链接：链接指针设置在物理盘块中。 * 显式链接：建立反映盘块链接关系的显式线性链表
（或静态链表）。 注、整个盘（文件卷）建立一张文件分配表（FAT），
* 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
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
逻辑结构：用户所能看到和可直接处理的文件的组织形式
与结构。
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 按组织形式与处理方式划分：普通文件、目录文件、特殊文件
l
R0
l
R1
l
目录操作 修改文件属性 设置文件访问权限 更改文件名
…
二、文件的逻辑结构
记录式文件（又称有结构文件） 流式文件（又称无结构文件）
（1）记录式文件
文件由若干记录组成，每个记录又由若干数据项组成。 记录：数据的基本单位（也是存取访问的基本单位）
定长记录 变长记录
数据项：数据的最小单位（指基本数据项）
增长，且易产生“磁盘碎片”。
其所对应的物理文件称之为顺序文件或连续文件。
3）链接分配方式
为文件分配离散的盘块，其间（逻辑块间）的逻辑 关系通过链接指针链接形成，链接方式有以下两种： * 隐式链接：链接指针设置在物理盘块中。 * 显式链接：建立反映盘块链接关系的显式线性链表
（或静态链表）。 注、整个盘（文件卷）建立一张文件分配表（FAT），
* 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
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
逻辑结构：用户所能看到和可直接处理的文件的组织形式
与结构。
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 按组织形式与处理方式划分：普通文件、目录文件、特殊文件
l
R0
l
R1
l
操作系统课件第6章 文件管理1
3.索引文件
为解决变长记录文件的直接存取低效问 题，为变长记录文件建立一张索引表。
索引号 长度m 指针ptr
0
m0
1
m1
…
i
mi
…
索引表
r0 r1 …
ri
… 逻辑文件
索引文件的特点
• 优点 若很索大引 怎表么– 通过索引表可方便地实现直接存取，具有
办？ 较快的检索速度。 – 易于进行文件的增删。
第6章 文件管理
文件系统
文件系统的功能/需解决的问题：
❖ 从系统角度看:负责为用户建立、删 除、读写、修改和复制文件。
❖ 从用户角度看：实现了按名存取。
第6章 文件管理
6.1 文件和文件系统 6.2 文件逻辑结构 6.3 外存分配方式 6.4 目录管理 6.5 文件存储空间的管理
6.1 文件和文件系统
– 通过索引表可方便地实现直接存取， 具有较快的检索速度。
– 易于进行文件的增删。
6.3 外存分配方式
• 文件存储单位：簇（cluster） 文件的存储空间通常由多个分立的簇组成，
而每个簇包含若干个连续的扇区(sector)/块。
• 目前常用的外存分配方法： 1.连续分配（顺序分配） 2.链接分配 3.索引分配
索引分配的几种方式
直接索引分配 多级索引分配 混合索引分配
文件
记录1
记录2
…
记录n
数据项1
数据项2
…
数据项n
2.文件类型 ---文件名.扩展名
• 按用途分 • 系统文件 • 用户文件 • 库文件
• 按数据形式分 • 源文件 • 目标文件 • 可执行文件
• 按存取控制属性 • 只读文件 • 读写文件 • 可执行文件
《计算机操作系统教程(第三版)》 第6章 文件管理
返回本节
2 . 路径名 在多级目录结构中，从根目录到末端的数据文件之间只有一条 唯一的路径。我们就可以用路径名惟一的表示一个文件。路径名有 绝对路径名和相对路径名两种表达形式。 绝对路径名，又称为全路径名，是指从根目录到达所要查找文 件的路径名。 相对路径名。在多级目录结构中，如果每次都从根目录开始检 索，会耗费大量的查找时间。为解决此问题，系统引入了当前目录 （又称为工作目录）。用户在一定时间内，可指定某一级的一个目 录作为当前目录（或称工作目录、值班目录），而后用户想访问某 一文件时，便不用给出文件的整个路径名，也不用从根目录开始查 找，只需给出从当前目录到查找的文件间的路径名即可，从而减少 查找路径。
6.1.2 文件的分类、属性及文件系统 的功能
返回本章首页
6.1.1 文件与文件系统的概念
1．文件的定义 文件是具有标识符（文件名）的一组相关信息的 集合。标识符是用来标识文件的。不同的系统对 标识符的规定有所不同。文件的确切定义有两种 说法： （1）文件是具有标识符的相关字符流的集合。 （2）文件是具有标识符的相关记录的集合。
3 . 索引分配
在索引分配策略中，系统为每个文件分配一个索 引块，索引块中存放索引表，索引表中的每个表 项对应分配给文件的一个物理块。
4 . i节点
最后一个磁盘分配策略是给每个文件赋予一张称 为i-节点(索引节点)的小型表，其中列出了文件 属性和各块在磁盘上的地址，实例如图6.13所示。
返回本节
索引节点编号 索引节点状态 连接指针 访问计数
逻辑设备名
返回本节
6.4.2 单级目录结构
文件名 C 文件的物理 位置 日期 时间 其他信 息
bsc
Wps …… 图6.8 单级目录结构
返回本节
2 . 路径名 在多级目录结构中，从根目录到末端的数据文件之间只有一条 唯一的路径。我们就可以用路径名惟一的表示一个文件。路径名有 绝对路径名和相对路径名两种表达形式。 绝对路径名，又称为全路径名，是指从根目录到达所要查找文 件的路径名。 相对路径名。在多级目录结构中，如果每次都从根目录开始检 索，会耗费大量的查找时间。为解决此问题，系统引入了当前目录 （又称为工作目录）。用户在一定时间内，可指定某一级的一个目 录作为当前目录（或称工作目录、值班目录），而后用户想访问某 一文件时，便不用给出文件的整个路径名，也不用从根目录开始查 找，只需给出从当前目录到查找的文件间的路径名即可，从而减少 查找路径。
6.1.2 文件的分类、属性及文件系统 的功能
返回本章首页
6.1.1 文件与文件系统的概念
1．文件的定义 文件是具有标识符（文件名）的一组相关信息的 集合。标识符是用来标识文件的。不同的系统对 标识符的规定有所不同。文件的确切定义有两种 说法： （1）文件是具有标识符的相关字符流的集合。 （2）文件是具有标识符的相关记录的集合。
3 . 索引分配
在索引分配策略中，系统为每个文件分配一个索 引块，索引块中存放索引表，索引表中的每个表 项对应分配给文件的一个物理块。
4 . i节点
最后一个磁盘分配策略是给每个文件赋予一张称 为i-节点(索引节点)的小型表，其中列出了文件 属性和各块在磁盘上的地址，实例如图6.13所示。
返回本节
索引节点编号 索引节点状态 连接指针 访问计数
逻辑设备名
返回本节
6.4.2 单级目录结构
文件名 C 文件的物理 位置 日期 时间 其他信 息
bsc
Wps …… 图6.8 单级目录结构
返回本节
操作系统第六章文件管理
如果系统发生故障， 系统应对以前所发生的事务进行
清理。
26
6.7.2 检查点
1. 检查点(Check Points)的作用 作用是对事务记录表中事务记录的清理工作经常化。
• 首先是将驻留在易失性存储器(内存)中的当前事务记录表中的
所有记录，输出到稳定存储器中。
• 其次是将驻留在易失性存储器中的所有已修改数据，输出到 稳定存储器中；
(3) 可以采用索引结点，将文件的物理地址等属性不再存放于目录项中， 而是放在索引节点中。
(4) 在文件目录中只设置文件名及指向相应索引结点的指针，如下图所 示。 (5) 索引结点中的链接计数变量count，表示链接到本结点的用户目录项 的数量。
14
Wang 用户文件目录
Test r
索引结点
Lee用户文件目录
(2) 只有对分布在不同位置的同一数据所进行的读和写(含修改)操作 全部完成时，才能再以Commit操作来终止事务。
(3)只要有一个读、写或修改操作失败，便须执行Abort操作，使系
统中各数据项恢复至事务执行前的状态。事务原子性
24
2. 事务记录(Transaction Record) 事务记录存放于高度可靠的存储器中，用来记录事务运行时 数据项修改的全部信息，又称为运行记录(Log)。 包括如下信息： ·事务名： 用于标识该事务的惟一名字；
可在不同的磁盘上或在磁盘的不同区域中，分别
建立主、备两份目录表和FAT。
20
2) 热修复重定向和写后读校验
热修复重定向 保留磁盘容量的一部分（ 2 %~3%），用作存放 磁盘缺陷区域的待写数据
写后读校验 1）每次从内存缓冲区向磁盘写入一个数据块后， 立即从磁盘上读出该块内容，并作比较。 2） 若不一致，则重写。 3）若重写后仍不一致，则将应写入该盘块的数 据写入到热修复重定向区。
《操作系统》6文件管理课件
h
1
6.1 文件系统概述
6.1.1 文件系统概述
.1. 文件 域：有时也称“字段”，是指数据中不可再分的基本单元。一个域包含一个值， 常通过数据类型和长度两个属性来描述域。
. 记录：指一组相关域的集合，它是程序进行读/写的单位。记录中的每个域，都有
自己的域名，以便使用起来方便。
. 文件：指一组有相同结构的相关记录的集合，通常存储在磁盘上。文件有自己的
(a)
(b)
记录2、…、记录n组成。称这样的文件的结构是记录
.序列式的。如图(b)所示。 记录序列式文件结构的最大特点是把记
生物系 化学系 物理系
录视为读/写的单位。
动物 植物 有机 无机 稀土 几何
合法性 检查
文件操 作函数
I/O 分解
h
4
. 为减少对磁盘的I/O次数，为提高磁盘存储空间的利用率，通常是把若
干记录汇集成组后，存放在磁盘的扇区里；使用某记录时，是把包含那个 记录的整个扇区读到内存缓冲区，然后从中提取所需的记录。因此，文件 系统需要承担记录成组、分解以及磁盘存储空间管理的功能。
. 所谓“文件系统”是指操作系统中管理信息资源的一组系统软件、数据结构和文件，
6.3.3 文件的存取方式 6.3.4 “按名存取”的实现
6.4 文件的使用
6.4.1 文件的操作 6.4.2 文件共享 6.4.3 文件保护
6.5 Linux的文件管理
6.5.1 Linux文件系统概述 6.5.2 Linux的文件类型 6.5.3 Linux的二次扩展文件系统—Ext2 6.5.4 Linux的虚拟文件系统—VFS
2. 文件的命名
. 用户或应用程序是通过文件名实现对文件的访问的。这就是所谓的“按名存 . 给取文”件。命名的具体规则，各操作系统不尽相同，不过它们大多允许用1到8个英文
《操作系统》PPT电子课件教案- 第六章 文件管理
第六章 文 件 管 理
第六章 文 件 管 理
§1 概述 §2 §3 文件存贮空间的管理 §4 文件的保护与保密 §5 文件系统的使用与执行
第六章 文 件 管 理
§１ 概 述
１.１ 文件的基本概念
文件（Ｆｉｌｅ）是存贮在某种存贮介质上的具有标识
任何具有独立意义的一组信息都可以组织成一个文件， 例如，一个高级语言源程序，一个可执行的二进制代码程序， 一批待处理的数据，一个表格，一篇文章等等。其次，文件 具有保存性，文件被存放在某种存贮介质上.
效果就越好。
第六章 文 件 管 理
图 ６-７ 文件共享结构
第六章 文 件 管 理
图 ６-７ 文件共享结构
第六章 文 件 管 理
§３ 文件存贮空间的管理
３.１ 文件的物理结构
一个文件顺序存放在外存的若干连续物理块中，则称
这种文件为连续文件。在连续文件的ＦＣＢ中记录着文
件所占用的起始物理块号和物理块数。显示，对连续文 件可以顺序存取，磁带上的文件一般都组织成连续文件。
第六章 文 件 管 理
从逻辑结构上讲，文件可以是记录式文件或流式文件。 一个记录式文件由若干逻辑记录所组成。记录是顺序排 列且相关的一组最小信息项（字或字节），它是文件存取的
基本单位。记录可由记录键标识或按顺序编号，记录键可以
是单个字符或字符串。
流式文件即无记录文件，它直接由字符序列组成。从另
一角度讲，流式文件也可看作是记录式文件的一个特例，即 只含一个无标识记录的文件。
第六章 文 件 管 理
２.３ 二级目录结构
图６-２ 二级目录结构
第六章 文 件 管 理
２.４ 目录树结构
图６-３ 目录树
第六章 文 件 管 理
第六章 文 件 管 理
§1 概述 §2 §3 文件存贮空间的管理 §4 文件的保护与保密 §5 文件系统的使用与执行
第六章 文 件 管 理
§１ 概 述
１.１ 文件的基本概念
文件（Ｆｉｌｅ）是存贮在某种存贮介质上的具有标识
任何具有独立意义的一组信息都可以组织成一个文件， 例如，一个高级语言源程序，一个可执行的二进制代码程序， 一批待处理的数据，一个表格，一篇文章等等。其次，文件 具有保存性，文件被存放在某种存贮介质上.
效果就越好。
第六章 文 件 管 理
图 ６-７ 文件共享结构
第六章 文 件 管 理
图 ６-７ 文件共享结构
第六章 文 件 管 理
§３ 文件存贮空间的管理
３.１ 文件的物理结构
一个文件顺序存放在外存的若干连续物理块中，则称
这种文件为连续文件。在连续文件的ＦＣＢ中记录着文
件所占用的起始物理块号和物理块数。显示，对连续文 件可以顺序存取，磁带上的文件一般都组织成连续文件。
第六章 文 件 管 理
从逻辑结构上讲，文件可以是记录式文件或流式文件。 一个记录式文件由若干逻辑记录所组成。记录是顺序排 列且相关的一组最小信息项（字或字节），它是文件存取的
基本单位。记录可由记录键标识或按顺序编号，记录键可以
是单个字符或字符串。
流式文件即无记录文件，它直接由字符序列组成。从另
一角度讲，流式文件也可看作是记录式文件的一个特例，即 只含一个无标识记录的文件。
第六章 文 件 管 理
２.３ 二级目录结构
图６-２ 二级目录结构
第六章 文 件 管 理
２.４ 目录树结构
图６-３ 目录树
第六章 文 件 管 理
(完整版)操作系统课后答案——第六章
第六章文件管理1. 何谓数据项、记录和文件？a.数据项是最低级的数据组织形式，可分为基本数据项和组合数据项。
基本数据项是用于描述一个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。
组合数据项则由若干个基本数据项构成。
b.记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属性。
c.文件是指有创建者所定义的、具有文件名的一组相关信息的集合提。
4. 何谓逻辑文件？何谓物理文件？(何谓文件逻辑结构？何谓文件的物理结构)文件的逻辑结构是指从用户的观点出发所观察到的文件组织形式，也就是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性,；而文件的物理结构则是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。
5．如何提高对变长记录顺序文件的检索速度？为了提高对变长记录顺序文件的检索速度，可为其建立一张索引表，以主文件中每条记录的长度及指向对应记录的指针（即该记录在逻辑地址空间的首址）作为相应每个表项的内容。
由于索引表本身是一个定长记录的顺序文件，若将其按记录键排序，则可以实现对主文件的方便快速的直接存取。
需要指出的是，如果文件较大，应通过建立分组多级索引以进一步提高检索效率。
8．试说明顺序文件的结构及其优点。
顺序文件中的记录可按照两种顺序进行排列，若各记录按存入时间的先后排列所形成的文件是串结构文件，若各记录按关键字排列所形成的文件是顺序结构文件。
定长记录通常采用此种结构的文件。
优点：当系统对记录进行批量存取时，顺序文件的存取效率是所有逻辑文件中最高的。
9．在链接式文件中常采用哪几种连接方式？为什么？在链接式文件中常采用显式链接方法，由于这种链接方式是把用于链接文件各个物理块的指针，显式地存放在内存的一张链表中，而对于查找记录的过程也是在内存中进行的，因此相对于隐式链接方式，在检索记录时能有效地调高检索速度，并能大大减少访问磁盘的次数，节省系统开销。
10．在MS-DOS中有两个文件A和B，A占用11，12，16和14四个盘块；B占用13，18和20三个盘块。
操作系统第6章 文件管理
5、磁盘存储空间的管理 ★空白物理块链 把其中所有的“空白块”链在一起。当用 户创 建文件需要一个或几个物理块时，就从链 头上依次取下一块或几块。反之，当系统 回收存储空间时，把这些空白块依次链到 链头上。 ★位示图 对每指示磁盘空间的使用情况。个磁盘可 以用一张位示图。
文件的管理
1、文件目录 目录是用于查找文件的，因而将其称作文 件目录。文件目录由目录项构成，目录项 又称文件控制块。 文件控制块（FCB）是文件存在的标志， 其中记录着系统对于文件进行管理所需要 的全部信息。包括： 有关文件存取控制信息 有关文件结构信息 有关文件管理信息
4、文件的存取方法 ★文件的类型和存储设备、存取方法的 关系 ◆如果文件是顺序存取的，组织成连 续文件或串联文件是可行的。 ◆如采用直接存取方式，且文件大小 是固定的，则采用索引式文件组织 是适宜的。
5、磁盘存储空间的管理 在创建一个文件时，存储空间的分配有两种 方案，一是分配连续的区域，二是分配不连 续的物理块。 常用的技术有如下几种： ★文空白文件目录 我们把一个连续的未分配区域称为“空白 文 件”。系统为所有这些“空白文件”单独 建立 一个目录。对应于每个空白文件，在这个 目录中建立一个表目，表目的内容包括:第 一个空白物理块的地址（物理块号）、空 白块的数目。
3、文件的分类 文件按其性质和用途大致可以分为三类: ★系统文件 ★库文件 ★用户文件 根据向文件系统提出的对文件实施的保护级别， 它可以分成下列几类: ★只读文件 ★读写文件 ★执行文件 ★不保护文件
3、文件的分类 按文件中信息的流向，它又可以分为以下 三类: ★输入文件 ★输出文件 ★输入/输出文件 根据系统保留文件的时间可分成临时文件、 永久文件和档案文件。 根据文件存储介质的设备类型可分成磁盘 文件、磁带文件、卡片文件和打印文件。
计算机操作系统第6章练习_文件管理
• 10、（ A ）是指有关操作系统和其他系统程 序组成的文件。 • A、系统文件 B、档案文件 • C、用户文件 D、顺序文件 • 11、按文件用途来分，编辑程序是（ A ）。 • A、系统文件 B、档案文件 • C、用户文件 D、库文件 • 12、由字符序列组成，文件内的信息不再划 分结构，这是指（ A）。 • A、流式文件 B、记录式文件 • C、顺序文件 D、有序文件
• 31、操作系统实现按名存取进行检索等关键 存储地址 在于解决文件名与文件的__ __ 的转换。 32、按用户对文件的存取权限将用户分为若 干组，同时规定每一组用户对文件的访问权 限。这样，所有用户组存取权限的集合称为 存取控制表 该文件的_ ___。 • 33、__ __ 文件保护 是指避免文件拥有者或其他用 户因有意或无意的错误操作使文件受到破 • 坏。 34、从文件管理角度看，文件由文件 控制块和_ 文件体 __ _两部分组成。 数据块 • 35、磁盘与主存之间传递数据是以__ __ 为单位进行的。
第6章 文件管理
一. 选择题
1、文件系统在创建一个文件时，为它建立一个 （ A ）。 A、文件目录 B、目录文件 C、逻辑结构 D、逻辑空间 2、如果文件系统中有两个文件重名，不应采用（ ）。 A A、一级目录结构 B、树型目录结构 C、二级目录结构 D、A和C 3、文件系统采用二级文件目录可以（ ）。 D A、缩短访问存储器的时间 B、实现文件共享 C、节省内存空间 D、解决不同用户间的文 件命名冲突
• 31、文件的目录结构是( A ) 。 • A、树型结构 B、链式结构 • C、通用图结构 D、记录式结构 • 32、为了对文件进行操作，应该用下面哪些 系统调用(ABC)。 • A、建立文件 B、打开文件 • C、关闭文件 D、申请缓冲区 • 33、操作系统对系统中的数据进行管理的部 分通常叫做( B )。 • A、数据库系统 B、文件系统 • C、数据存储系统 D、数据结构
操作系统第6章文件管理
案例分析
例如，Google的GFS（Google File System）是一个典型的分布式文件系统，它采用主从架构，支持大规模数 据处理和高效容错。Hadoop的HDFS（Hadoop Distributed File System）也是一款广泛应用的分布式文件系 统，适用于大数据存储和分析场景。
设备之间的统一管理和数据迁移。
THANKS
详细介绍ext4文件系统的特点，如支持大文件、日志功能、在线碎片整
理等，并分析其在Linux系统中的应用和性能表现。
02
XFS文件系统原理
阐述XFS文件系统的基本原理，如B+树索引、日志结构、动态分配等，
并探讨其在高性能计算和大规模存储领域的应用优势。
03
文件系统性能对比
对比分析ext4和XFS等Linux下常用文件系统的性能特点，包括读写速
访问控制列表（ACL）应用
ACL概述
访问控制列表（Access Control List，ACL）是一种灵活的访问控制技术，它允许管理员为文件和目录定义详细的访问规 则。
ACL实现
在支持ACL的文件系统中，管理员可以为每个文件和目录设置一个或多个ACL规则。这些规则指定了哪些用户或用户组可 以访问该文件或目录，以及他们可以进行哪些操作（如读、写、执行等）。
利用索引节点（i-node）建立文件链接，实现文件共享。多个用户可同时访问同一文件，且 对文件的修改对所有用户可见。
基于符号链接的共享方式
通过创建符号链接（symbolic link）实现文件共享。符号链接是一个特殊类型的文件，它包 含了对另一个文件或目录的引用。
基于分布式文件系统的共享方式
在分布式文件系统中，文件被存储在多个服务器上，用户可以通过网络访问这些服务器上的 文件，实现文件共享。
例如，Google的GFS（Google File System）是一个典型的分布式文件系统，它采用主从架构，支持大规模数 据处理和高效容错。Hadoop的HDFS（Hadoop Distributed File System）也是一款广泛应用的分布式文件系 统，适用于大数据存储和分析场景。
设备之间的统一管理和数据迁移。
THANKS
详细介绍ext4文件系统的特点，如支持大文件、日志功能、在线碎片整
理等，并分析其在Linux系统中的应用和性能表现。
02
XFS文件系统原理
阐述XFS文件系统的基本原理，如B+树索引、日志结构、动态分配等，
并探讨其在高性能计算和大规模存储领域的应用优势。
03
文件系统性能对比
对比分析ext4和XFS等Linux下常用文件系统的性能特点，包括读写速
访问控制列表（ACL）应用
ACL概述
访问控制列表（Access Control List，ACL）是一种灵活的访问控制技术，它允许管理员为文件和目录定义详细的访问规 则。
ACL实现
在支持ACL的文件系统中，管理员可以为每个文件和目录设置一个或多个ACL规则。这些规则指定了哪些用户或用户组可 以访问该文件或目录，以及他们可以进行哪些操作（如读、写、执行等）。
利用索引节点（i-node）建立文件链接，实现文件共享。多个用户可同时访问同一文件，且 对文件的修改对所有用户可见。
基于符号链接的共享方式
通过创建符号链接（symbolic link）实现文件共享。符号链接是一个特殊类型的文件，它包 含了对另一个文件或目录的引用。
基于分布式文件系统的共享方式
在分布式文件系统中，文件被存储在多个服务器上，用户可以通过网络访问这些服务器上的 文件，实现文件共享。
操作系统 ---- 文件管理
④
文件寻址方式： 一般都是按照文件的位置来寻找文件，例 如文件的路径，也可以通过文件的内容来 进行寻址
比如图片搜索，p2p软件下载等，均是通 过文件内容来搜索，而非文件名称
⑤
文件内容组织： 有结构的文件：文件内容组成部分之间是 有一定的结构的
无结构的文件：都以字节流的形式存放， 具体里面什么内容，由应 用程序自己来识别，内核 不管
另一个好处是：文件的各个部分，可以放 在不同的磁盘位置
5.
磁盘块管理
磁盘块管理包括两方面：确定磁盘块的大 小、如何记录管理空闲块，如何安排文件 存储块的位置来减少读写磁头的移动
确定磁盘块大小是非常影响文件系统性能 的
磁盘块太大，则利用率不高 磁盘块太小，则增加读写的次数
正确的确定磁盘块容量的方法，是统计该 文件系统中文件的平均尺寸，从而来确定 应该采取多大的块
从内核的设计角度来说，它应该只管文件 是存哪，怎么取，文件的内容是什么，它 无需知道，因此第二种方式更好
⑥
文件格式 有些文件是没有特定格式的，比如纯文本 文件，但另一些文件，需要专门开辟一块 区域，保存这个文件某些内容是干什么用 的 比如可执行文件的文件头部，都有专门的 区域，记录文件中哪些是代码部分，哪些 是数据部分，等等
魔数 文本尺寸
unix可执行文件格式
数据尺寸 BSS尺寸 符号表尺寸 程序入口
文本
数据
重定位表 符号表
文件格式往往是一种行业标准，设计好之 后，由不同厂商开发的软件来读取、处理， 实现信息的共享。
⑦
文件访问： 一般来说，有顺序访问、随机访问、索引 访问几种方式
顺序访问：早期的存储介质，如磁带，只 能进行顺序访问，即先访问了前面的内容， 才能访问之后的内容
计算机操作系统第六章文件管理
• 混合索引分配方式
– 直接地址：iaddr(0)~iaddr(9) – 间接地址：iaddr(10)、 iaddr(11)、 iaddr(12)
• 一次间接地址、多次间接地址
第四节
• • • •
目录管理
目录管理的要求 文件控制块和索引结点 目录结构 目录查询技术
目录管理的要求
• 目录：用于标识系统中文件及其物理地址的 一种数据结构，供检索使用。
• 其它操作 –文件属性操作：改名 改权限等 –文件目录操作：创建目录 删除目录 改变当前目录等
第二节
• • • • •
文件的逻辑结构
文件逻辑结构的类型 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件和哈希文件
文件存在两种形式的结构：
1 文件的逻辑结构 用户所看到的文件组织形式，是用户可以 直接处理的数据及其结构，独立于文件的 物理特性 2 文件的物理结构 文件在外存上的存储组织形式，与存储介 质的存储性能和外存分配方式都有关系
• 盘块的回收（分两步进行）
– 将回收的盘块号转换成位示图中的行号和列号： i=(b-1) DIV n +1 j=(b-1) MOD n +1 – 修改位示图
• 优缺点 –从位示图中很容易找到一个或一组 相邻接的空闲盘块； –位示图占用空间小，可常驻内存
成组链接法
• 空闲盘块的组织 – 空闲盘块号栈 – 文件区中的所有空闲盘块，被分成若干个 组 – 每一组含有的盘块总数和该组所有的盘块 号记入前一组的第一个盘块中，因此由各 组的第一个盘块可链成一条链 – 将第一组的盘块总数和所有的盘块号，记 入空闲盘块号栈中 – 最末一组只有99个盘块，放结束标志。
• 文件的属性
—文件类型、文件长度、文件的物理位置、 文件的建立时间等。
操作系统第6章 文件管理(new)
4.NTFS
1）NTFS新特征 使用64位磁盘地址，支持264的磁盘分区； 支持长文件名，文件名小于 255 个字符， 路径名小于 32767 个字符； 具有系统容错功能； 提供了数据一致性功能； 提供了文件加密、压缩等功能。
2）磁盘的组织 以簇作为磁盘分配和回收的基本单位； 卷上簇的大小称为“卷因子”，由格式化命 令确定其大小； 对于簇的定位，采用逻辑簇号LCN和虚拟簇 号VCN： • LCN：以卷为单位，将整个卷中的簇按序编 号；地址映射时，用卷因子乘以LCN即可算 出物理字节偏移量； • VCN：以文件为单位，将属于某个文件的簇 按序编号。
3）文件的组织 以卷为单位，将卷中的所有文件信息、目录 信息以及可用空间信息，以文件记录的形式 记录在一张主控文件表MFT中； 卷中的每个文件、目录等在MFT中占一行， 每行固定大小1KB，作为文件的元数据； 每个元数据所对应的文件信息（包括文件内 容），组织在一组文件属性中； 超过1KB的部分，存放在其他簇中，通过指 针链接； 只被windows NT识别，不能向下兼容。
综合举例-4
(1)假设盘块大小为1KB，硬盘分区的大小为 250MB，对应的FAT需要占用几个盘块？ 解：（1）硬盘分区的盘块数为 250MB/1KB=250K个，250K<256K， 一个FAT表项需要18bit，一般取4bit的整数倍 即20bit=2.5B， 则FAT需占用：250K*2.5B/1KB=625个盘块
6.3.1 连续分配 1.基本思想
1）由一组相邻的物理块组成，是对记录式文
件取连续区分配而构成的文件
2）每个文件的目录项只需指出文件所占据的 起始块号和总块数即可
顺序文件示意
6.3.2 链接结构
操作系统_第六章 文件管理
24
6.2.2 顺序文件
• 顺序文件的另一个缺点是，如果想增加或删除一 个记录，都比较困难。
• 为了解决这一问题，可以为顺序文件配置一个运 行记录文件(Log File)或称为事务文件(Transaction File)， 把试图增加、删除或修改的信息记录于其 中，规定每隔一定时间，
• 例如4小时，将运行记录文件与原来的主文件加 以合并， 产生一个按关键字排序的新文件。
L (i＋ 1)L
Ri
…
0
L0
L0＋ 1
L1
L0＋ L1＋ 2
i－ 1
k＝∑0(Lk＋ 1)
Li
k＝∑i 0(Lk＋ 1)
…
…
(a) 定长记录文件
(b) 变长记录文件
图 6-3 定长和变长记录文件
23
6.2.2 顺序文件
• 3. 顺序文件的优缺点
– 顺序文件的最佳应用场合，是在对诸记录进行批量 存取时， 即每次要读或写一大批记录。此时，对顺 序文件的存取效率是所有逻辑文件中最高的；此外 ，也只有顺序文件才能存储在磁带上，并能有效地 工作。
– (1) 顺序文件。这是由一系列记录按某 种顺序排列所形成的文件。其中的记录 通常是定长记录，因而能用较快的速度 查找文件中的记录。
– (2) 索引文件。当记录为可变长度时， 通常为之建立一张索引表，并为每个记 录设置一个表项，以加快对记录检索的 速度。
– (3) 索引顺序文件。这是上述两种文件 构成方式的结合。它为文件建立一张索 引表，为每一组记录中的第一个记录设 置一个表项。 19
– 降低文件的存储费用，即减少文件占用 的存储空间，不要求大片的连续存储空 间。
16
6.2.1 文件逻辑结构的类型
6.2.2 顺序文件
• 顺序文件的另一个缺点是，如果想增加或删除一 个记录，都比较困难。
• 为了解决这一问题，可以为顺序文件配置一个运 行记录文件(Log File)或称为事务文件(Transaction File)， 把试图增加、删除或修改的信息记录于其 中，规定每隔一定时间，
• 例如4小时，将运行记录文件与原来的主文件加 以合并， 产生一个按关键字排序的新文件。
L (i＋ 1)L
Ri
…
0
L0
L0＋ 1
L1
L0＋ L1＋ 2
i－ 1
k＝∑0(Lk＋ 1)
Li
k＝∑i 0(Lk＋ 1)
…
…
(a) 定长记录文件
(b) 变长记录文件
图 6-3 定长和变长记录文件
23
6.2.2 顺序文件
• 3. 顺序文件的优缺点
– 顺序文件的最佳应用场合，是在对诸记录进行批量 存取时， 即每次要读或写一大批记录。此时，对顺 序文件的存取效率是所有逻辑文件中最高的；此外 ，也只有顺序文件才能存储在磁带上，并能有效地 工作。
– (1) 顺序文件。这是由一系列记录按某 种顺序排列所形成的文件。其中的记录 通常是定长记录，因而能用较快的速度 查找文件中的记录。
– (2) 索引文件。当记录为可变长度时， 通常为之建立一张索引表，并为每个记 录设置一个表项，以加快对记录检索的 速度。
– (3) 索引顺序文件。这是上述两种文件 构成方式的结合。它为文件建立一张索 引表，为每一组记录中的第一个记录设 置一个表项。 19
– 降低文件的存储费用，即减少文件占用 的存储空间，不要求大片的连续存储空 间。
16
6.2.1 文件逻辑结构的类型
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.文件的“打开”和“关闭”操作
1）打开文件：将文件在磁盘上的目录项拷贝 到内存，形成索引节点，以便从内存读取 文件信息； 2）关闭文件：将文件的内存索引节点删除。
3.其他文件操作
1）对文件属性操作
2）对目录操作
6.2 文件逻辑结构
6.2.1 文件逻辑结构的类型 1.有结构文件
记录有定长和不定长两种 1）顺序文件：按某种顺序排列的定长文件 2）索引文件：按索引表查询的不定长文件 3）索引顺序文件：以上两者的结合
2）变长记录 设置读写指针 每个记录长度存于记录前的单元中 读写完毕后，将读写指针加上刚读或写 完的记录长度 Li
3.顺序文件的优缺点
对记录进行批量存取时，顺序文件的存取
效率是所有逻辑文件中最高的
只有顺序文件才能存储在磁带上并能有效
地工作
如果用户要求查找或修改单个记录时，顺
隐式链接示意
文件目录
文件名 始址 末址
0 4 8 12 1 10 2 5 6 3 7
jeep
9
25
9 16 10 25 11 13 14 18 22 15 19 23 27
16 1 17 20 24 21
25 -1 26
FCB abc …… 2 2、5、8、0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 n -1
5
8
0
整个系统一张：文件分配表FAT！
索引顺序文件
2.索引顺序文件的检索
利用用户提供的关键字以及某种查找方法 检索索引表，查找该组对应的表项 根据表项得该组第一个记录在主文件中的 位置 再利用顺序查找法查找主文件，在对应分 组中找到要求的记录 主文件记录数为N，则分组记录数为 N 时 查找效率最高
6.3 文件物理结构
序文件的性能可能很差
增加或删除一个记录较困难
8.2.3 索引文件
1.引入
对于定长记录文件，可随机获得第i个记录 相对于第一个记录首址的地址： Ai=i×L 对于变长度记录文件，须顺序查找每个记 录，从中获得相应记录的长度Li，按下式计 算第i个记录的首址：
2.索引文件的组织
为变长记录文件建立一张索引表 每个记录占一个表项，包括： 索引号、记 录的长度、指向该记录的指针
3.索引文件的检索
根据用户提供的关键字，利用折半查找法 查索引表，找到相关表项 根据该表项中的指针值，访问该记录 增加新记录时，需要修改对应的索引表 索引文件的检索速度较快，但需要存储 索引表
6.2.4 索引顺序文件 1.索引顺序文件的组织
将顺序文件的所有记录分成若干组； 为顺序文件建立一张索引表 为每组的第一个记录建立一个索引项； 其中包含该记录的关键字值和记录指针
6.1.2 文件类型和文件系统模型
1.文件类型
1）按数据形式 • 源文件 • 目标文件 • 可执行文件
2）按组织形式 • 普通文件 • 目录文件 • 特殊文件
3）按逻辑结构分类 有结构文件 无结构文件
4）按文件的物理结构分类 • 顺序文件：指把逻辑文件中的记录顺序存储 到连续的物理盘块中 • 链接文件：指文件中的各记录可以存储在不 连续的物理盘块中，通过链接指针连接成一 个链表 • 索引文件：指文件中的各记录通过包含了记 录号和物理块号的索引表实现记录和物理块 之间的映射
2.文件系统模型
1）对象及其属性 •文件 •目录 •磁盘存储空间 2）对对象操纵
用户(程序) 文件系统接口 对对象操纵和管理的软件集合 对象及其属性
和管理的软件集合
3）文件系统的接口 • 命令接口 • 程序接口
6.1.3 文件操作
1.基本的文件操作
1）创建文件 2）删除文件 3）读文件 4）写文件 5）截断文件 6）设置文件的读/写位置
6.3.1 连续分配 1.基本思想
1）由一组相邻的物理块组成，是对记录式文
件取连续区分配而构成的文件
2）每个文件的目录项只需指出文件所占据的 起始块号和总块数即可
顺序文件示意
6.3.2 链接结构
1）将逻辑上连续的文件分散存放在若干不连 续的物理块中
2）每块有一个指针，指向其后续的物理块 3）隐式链接：文件目录项需记录文件的第一 个盘块号和最后一个块号 4）显式链接：文件目录项记录文件的第一个 盘块号，文件结束标志EOF保存在FAT中
2.无结构文件
即流式文件，利用读写指针指出下一个 要访问的字符
6.2.2 顺序文件 1.逻辑记录的排序
1）串结构：记录的顺序与关键字无关，由存 储的先后顺序决定 2）顺序结构：所有记录按照关键字排列
2.顺序存取方法
1）定长记录
读指针Rptr
• 指向下一个记录的首地址 • 读完指针做相应修改：Rptr＝Rptr+L 写指针Wptr • 指向下一个要写的记录地址 • 写完指针做相应修改：Wptr＝Wptr+L 其中，L为定长记录的长度
第六章
文件管理
主要内容
6.1 文件和文件系统
6.2 文件的逻辑结构
6.3 文件的物理结构
6.4 目录管理
6.5 文件存储空间的管理
6.6 文件共享和保护
6.7 数据一致性控制
目的和要求
通过本章的学习，掌握文件和文件系 统的相关概念，理解按照逻辑结构和物理结 构对文件分类的意义及操作，理解文件目录 管理的主要功能，掌握文件共享和保护的实 现方法。
重点和难点
1、文件和文件系统的概念；
2、文件的分类方式；
3、目录管理的基本思想；
4、文件的存取控制机制。
6.1 文件和文件系统
6.1.1 文件、记录和数据项 1.数据项
1）基本数据项：可以命名的最小数据单位， 包括数据名和数据类型两个属性 2）组合数据项：若干基本数据项的组合
2.记录
记录是一组相关数据项的集合，用于描述 一个对象某方面的属性 关键字是能够唯一标识一个记录的数据项
各信息项之间具有顺序关系
0 1 …… i …… n-1
信息项 信息项 ……... 信息项 ……... 信息项
读写指针
3.文件
文件是具有文件名的一组相关信息的集合， 是文件系统中最大的数据单位。 ① 有结构文件：文件由若干相关记录组成 ② 无结构文件：看作字符流的集合 文件具有如下属性： 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