操作系统第21讲

盘块的使用情况。当其值为“0”时，表示对应的盘
块空闲；为“1”时，表示已分配。有的系统把“0”
作为盘块已分配的标志，把“1”作为空闲标志。磁
盘上的所有盘块都有一个二进制位与之对应，这样，
由所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。
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第六章 文件管理

1 2 3 4
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第六章 文件管理
6.5.3
成组链接法
100 400 399 100 99 0 7999 … 301 7901
1．空闲盘块的组织
空闲盘 块号栈
S.free 0 1
100 300 299
300
400 …
7900
…
98 99 202 201 299 399 201
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第六章 文件管理
2) 存储空间的分配与回收
空闲盘区的分配与内存的动态分配类似，同样是采 用首次适应算法、循环首次适应算法等。例如，在系统 为某新创建的文件分配空闲盘块时，先顺序地检索空闲 表的各表项，直至找到第一个其大小能满足要求的空闲 区，再将该盘区分配给用户(进程)，同时修改空闲表。 系统在对用户所释放的存储空间进行回收时，也采取类 似于内存回收的方法，即要考虑回收区是否与空闲表中 插入点的前区和后区相邻接，对相邻接者应予以合并。
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第六章 文件管理
6.4.3
目录查询技术
1．线性检索法
线性检索法又称为顺序检索法。在单级目录中，
利用用户提供的文件名，用顺序查找法直接从文件 目录中找到指名文件的目录项。在树型目录中，用 户提供的文件名是由多个文件分量名组成的路径名， 此时须对多级目录进行查找。假定用户给定的文件 路径名是/usr/ast/mbox，则查找/usr/ast/mbox文件 的过程如图6-20所示。
在文件控制块中，通常应含有三类信息，即基本信
息、存取控制信息及使用信息。
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第六章 文件管理
1) 基本信息类
基本信息类包括: ① 文件名，指用于标识一个文件 的符号名。在每个系统中，每一个文件都必须有惟一的 名字，用户利用该名字进行存取。② 文件物理位置， 指文件在外存上的存储位置，它包括存放文件的设备名、
(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。
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第六章 文件管理
6.4.2
目录结构
存取控制信息类包括：文件主的存取权限、核
准用户的存取权限以及一般用户的存取权限。
3) 使用信息类
使用信息类包括: 文件的建立日期和时间、文
件上一次修改的日期和时间及当前使用信息(这项信 息包括当前已打开该文件的进程数、是否被其它进 程锁住、 在内存中是否已被修改但尚未拷贝到盘 上 )。
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第六章 文件管理
第二十一讲
文件管理（三）
第六章 文件管理
本次课程主要内容

目录管理

文件控制块和索引节点


目录结构
目录查询技术 空闲表法和空闲链表发 位示图法、成组链接
文件存储空间的管理


文件共享与文件保护 数据一致性控制
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6.4 目 录 管 理
3
F
E
D
4
G 8
A 9
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第六章 文件管理
2) 路径名
在图6-19 中用户B为访问文件J，应使用其路径
名/B/F/J来访问。
3) 当前目录(Current Directory) 如用户B的当前目录是F，则此时文件J的相对 路径名仅是J本身。这样，把从当前目录开始直到 数据文件为止所构成的路径名，称为相对路径名 (relative path name)；而把从树根开始的路径名称 为绝对路径名(absolute path name)。
2．盘块的分配
(1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为 “0”的二进制位(“0”表示空闲时)。 (2) 将所找到的一个或一组二进制位转换成与之相 应的盘块号。假定找到的其值为“0”的二进制位位于位 示图的第i行、第j列，则其相应的盘块号应按下式计算：
b = n(i - 1) + j
式中，n代表每行的位数。
(3) 修改位示图，令map[i,j]=1。
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3．盘块的回收
盘块的回收分两步：
(1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号
和列号。转换公式为：
i = (b - 1)DIV n + 1
j = (b - 1)MOD n + 1
(2) 修改位示图。令map[i,j] =0。
1 1 0 1
2 1 0 1
3 0 0 1
4 0 1 0
5 0 1 0
6 1 1 0
7 1 1 1
8 1 1 1
9 0 1 1
10 0 0 1
11 1 0 1
12 0 0 1
13 0 0 0
14 1 1 0
15 1 1 0
16 0 1 0
16
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第六章 文件管理
(2) 文件类型，包括正规文件、目录文件或特别文件。
(3) 文件存取权限，指各类用户对该文件的存取权限。 (4) 文件物理地址，每一个索引结点中含有13个地址项，
即iaddr(0)～iaddr(12)，它们以直接或间接方式给出数据文
件所在盘块的编号。
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第六章 文件管理
1．单级目录结构
文件名 文件名 1 文件名 2 „ 物理地址 文件说明 状态位
目录项中含文件名、文件扩展名、文件长度、 文件类型、文件物理地址以及其它文件属性。此外， 为表明每个目录项是否空闲，又设置了一个状态位。
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2．两级目录
W ang用 户目 录 用户名 Wang Zhang Gao Zhang用 户目 录 Report Test Gao用 户目 录 Beta Device Misx
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Alpha Test
指向子目录指针
Alpha Test
Report Test
Beta Device Misx
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3．多级目录结构
1) 目录结构
2 A B 6 5 10 A 11 12 15 J 16 N K b 13 17 J M 18 K 19 14 A 20 H 21 F C a D 7 1 A B C
UNIX系统，采用了把文件名与文件描述信息分开
的办法，亦即，使文件描述信息单独形成一个称为索引 结点的数据结构，简称为i结点。在文件目录中的每个 目录项仅由文件名和指向该文件所对应的i结点的指针 所构成。
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第六章 文件管理
在UNIX系统中一个目录仅占16个字节，其中14个
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7899
7999
…
301
…
…
7801
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…
7901
…
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6.6 文件共享与文件保护
6.6.1 基于索引结点的共享方式
根目录 A A B B ?
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B B B C C C C
C C C C
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Wang 用户文件目录
Test r
索引结点
Lee 用户文件目录
count＝ 2 文件物理地址
Test
Test r
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C的目录 B的目录 C的目录 B的目录
owner＝ c count＝ 1
owner＝ c count＝ 2
owner＝ c count＝ 1
链接前
建立链接后
文件在外存上的起始盘块号、指示文件所占用的盘块数
或字节数的文件长度。③ 文件逻辑结构，指示文件是 流式文件还是记录式文件、记录数；文件是定长记录还
是变长记录等。④ 文件的物理结构，指示文件是顺序
文件，还是链接式文件或索引文件。
6来自百度文库
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第六章 文件管理
2) 存取控制信息类
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第六章 文件管理
对目录管理的要求如下：
(1) 实现“按名存取”
(2) 提高对目录的检索速度。
(3) 文件共享。
(4) 允许文件重名。
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第六章 文件管理
6.4.1
文件控制块和索引结点
1．文件控制块
为了能对系统中的大量文件施以有效的管理，
根目录 1 1 4 7 14 9 6 8 · · · bin dev lib etc usr tmp
在结点 6中查找 usr字段
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第六章 文件管理
2．Hash方法
如果我们建立了一张Hash索引文件目录，便可利用
Hash方法进行查询，即系统利用用户提供的文件名
字节是文件名，2个字节为i结点指针。在1 KB的盘
块中可做64个目录项，这样，为找到一个文件，可
使平均启动磁盘次数减少到原来的1/4，大大节省了
系统开销。
文件名 文件名 1 文件名 2 „
10
索引结点编号
„
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2) 磁盘索引结点
这是存放在磁盘上的索引结点。每个文件有惟一的一个 磁盘索引结点，它主要包括以下内容： (1) 文件主标识符，即拥有该文件的个人或小组的标识 符。
第六章 文件管理
FCB的长度为32个字节，对于360 KB的软盘，总共
可包含112个FCB，共占3.5KB的存储空间
第 一 块 号
文 件 名
扩 展 名
属 性
备 用
时 间
日 期
盘 块 数
8
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2．索引结点
假如一个FCB为64 B，盘块大小为1 KB，则每个盘 块中只能存放16个FCB；若一个文件目录中共有640个 FCB，需占用40个盘块，故平均查找一个文件需启动磁 盘20次。
拥有者删除文件后
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第六章 文件管理
6.6.2 利用符号链实现文件共享
为使B能共享C的一个文件F，可以由系统创建一个 LINK类型的新文件，也取名为F，并将F写入B的目录 中，以实现B的目录与文件F的链接。在新文件中只包 含被链接文件F的路径名。这样的链接方法被称为符号
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第六章 文件管理
2．空闲链表法
空闲链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲链。
根据构成链所用基本元素的不同，可把链表分成两
种形式：空闲盘块链和空闲盘区链。
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第六章 文件管理
6.5.2
位示图法
1．位示图
位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个
(5) 文件长度，指以字节为单位的文件长度。
(6) 文件连接计数，表明在本文件系统中所有指
向该(文件的)文件名的指针计数。
(7) 文件存取时间，指本文件最近被进程存取的
时间、最近被修改的时间及索引结点最近被修改的
时间。
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第六章 文件管理
3) 内存索引结点
这是存放在内存中的索引结点。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。
并将它变换为文件目录的索引值，再利用该索引值
到目录中去查找，这将显著地提高检索速度。
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第六章 文件管理
6.5 文件存储空间的管理
6.5.1 空闲表法和空闲链表法
1．空闲表法
1) 空闲表
序 1 2 3 4 号 第一空闲盘块号 2 9 15 — 空闲盘块数 4 3 5 —
链接(Symbolic Linking)。新文件中的路径名则只被看
作是符号链(Symbolic Link)，当B要访问被链接的文件F 且正要读LINK类新文件时，此要求将被OS截获，OS 根据新文件中的路径名去读该文件，于是就实现了用户 B对文件F的共享。
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第六章 文件管理
结点 6是 /usr的目录 132号盘块是 /usr的目录 6 1 19 132 30 51 26 45 erik jim ast bal · · · dick 496 92 60 81 17 books mbox minik src 结点 26是 /usr/ast的目录 496号盘块是 /usr/ast的目录 26 6 64 · · · grants