计算机操作系统第八章

操 明显的。其特点有：
作
系 统统
l 既适合顺序存取，也方便随机存取。
操 l 索引结构容易实现记录的增、删和插入。
作 系 统
l 缺点是由于索引表的建立而增加了存储 操
空间的开销。
作 系
操
统
作
系
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操 作
二级索引存储结构
系 将索引表离散
统 存储，即将索
操 引表本身分为
作 若干个逻辑块，
作 系 统
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操 作
磁盘文件的索引存储结构
系 统 操
为每个文件 分配一个索
作 引块，有效
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
系 索引表登记
统 统 其各逻辑块
操 与外存物理
作 块的对应关 系 系，并在文
操 作
统 件FCB中登记
系
操 该文件索引
统
作 块的地址。
系
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操
作
系 索引结构除了具有离散存储方式的优点外， 统 存取方式更加灵活，但空间利用率低也是
系 存储结构，是文件在外存空间上的组织形式。
统统
操 作
文件的逻辑结构
流式结构 记录式结构
操
系 统
顺序结构
作
系
操
文件的物理结构
链式结构
统
作
索引结构
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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文件逻辑结构
流式文件，是指文件内的数据是一个完整的 字符流，不可以进一步细分。例如，源程序文件 就是由字符流组成的流式文件，可执行文件、字 符流文本文件的逻辑结构也都是流式的。对流式 文件，用户常常以长度来指定所需存取的信息， 也可以通过插入特殊符号来标识存取的界限。
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• UNIX操作系统对文件索引表做了精心的设计， 采用了多级混和索引结构
• 它将直接寻址、一级索引、二级索引和三级 索引融为一体，规定每个文件的索引结点使 用13个地址登记项。
• 其中，前10个登记项直接指出存放文件信息
的盘块号，属直接寻址。第11个登记项指向 操
一级索引块，内含若干一级索引存储块。第 作
统 统 排列顺序来进行存取。
操
作
文件的随机存取
系
随机存取是指允许用户按照记录编号
操 作
统 或者某一数据项的值随机存取存取任一记
系
操 录。
统
作
系
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操 作
磁盘文件的顺序存储结构
系
统 文件信息占用 操 一组连续的盘
作 块，在外存上
系 顺序存放。顺
统 统 序存储的文件
操 称为连续文件，
l 位示图。系统划出若干字节，为每个文件存储设备
操 作
建立一张位示图，位示图中的一个位（bit）对应文件 系
存储空间的一个物理块。若该位为“1”，表示对应块 统
被占用，若该位为“0”，表示对应物理块空闲。
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操
作 l 根据位示图进行盘块分配时，系统处理过程为：
系 （1）顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0”
• Minix。最老的UNIX文件管理系统，它可靠，但没有
时间标记，文件名最长30个字符。
• Ext2。Linux最常用的文件管理系统。
• NFS。网络文件管理系统。
操 • Hpfs。OS/2上的操作系统。
作 • FAT。最早用于MS-DOS，后用于Windows系列及OS/2等 操
系 操作系统，经过操作系统的不断改进，FAT又发展为 作
系 （2）提高对目录的检索速度。合理组织目录结构，缩短
统 统 目录检索所需时间，从而提高文件的存取速度。
操 （3）允许文件共享。多用户系统中，允许多个用户共享
作 同一个物理文件，以节约外存空间。
操
系 统 （4）允许文件重名。用户可按照自己的习惯给自己的文 操 件命名，不必担心是否会跟别的用户文件重名。
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8.4 文件目录管理
文件目录是一种数据结构，由若干目录项组成，每个目 录项对应其中一个文件的FCB（包括文件名、文件体的物 理地址、存取控制信息等），文件体另外存放。文件目 录是用于检索文件的，一般的，目录项应包括以下内容：
（1）文件存取控制信息，如用户名、文件名、文件类型、 文件访问权限（可读可写、只读、只执行等）；
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UNIX空闲块成组链接结构
操 作 系 统
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操
UNIX空闲盘块的组织
作 系（1盘）块磁作盘为文一件组区。中假的设所文有件空区闲上盘共块有，5被000分个成盘若块干，组则，被10分0个成
统 50个组，如图8-9所示，N100～N001为第一组；N200～N101
操
不便于文件的扩展。
作
系
统
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操 作
磁盘文件的隐式链接存储结构
系
统 每个文件
操 的FCB中
作 只登记起
系 统统
操 作 系 统 操
始盘块和 末盘块号， 其它盘块 号均由链 接指针记 录。
操 作 系 统
作
系
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操 作
磁盘文件的显式链接存储结构
系 是指将用于链 统 接文件各盘块 操 的指针，“显 作 式”地存放在
统
操 作 系 统统 操
• 文件——是在逻辑上具
有完整意义的一组相关 信息的集合。它可以是 一组相关的字符流集合， 也可以是一组相关的记
作 录集合，通常被保存在 系 外存储器上。
操 作
统 • 文件命名
系
操 • 文件组成（右图）
统
作
系
操
作
系 统
文件管理系统功能
操
作 • 按名存取
系 统统
• 文件组织
操 • 存储空间管理
系 （1）将回收的盘块号转换成位示图中的字号和位号（假
统 操
设字号i、位号j、盘块号b取值均从0开始）：
i = b DIV L
（DIV表示整除）
j = b MOD L
（MOD表示求余）
操 作 系 统
作 （2）修改位示图，将对应位置为“0”。
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
系 统
盘块N4900中S.free[1]～S.free[99]的99个表项中，剩余 的一个表项S.free[0]存放“0”，作为空闲盘块链的结束标
志。
操 作 系
操 作（5栈）中将，第作一为组当的前盘可块供总分数配和的所空有闲的盘盘块块号号。，记入空闲盘块号
统
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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l 空闲区表。磁盘上连续的空闲盘块组成一个“空
闲区”，系统为磁盘上所有的空闲区建立一张“空闲
区表”，每个空闲区对应一个表项。
l 空闲块链表。建立一个链表，将文件存储空间中
所有空闲块顺序链接在一起，链中每一结点记录一个 空闲块的物理块号，同时记录下一空闲块的指针，称
为“空闲块链表”。
12个登记项和第13个登记项分别实现二、三 系
级索引。
统
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操
作
UNIX多级混和索引结构
系
统 例如：一个盘块号用4个字节表示，盘块尺寸为
操 4KB，那么一个盘块可存放1K个盘块号。
作 系 统统
一级索引能够支持的存储容量是 1K*4KB=4MB；
操
二级索引能够支持的存储容量是
作
1K*1K*4KB=4GB；
系 外存的一张链
统 统 接表当中。该
操 表在整个磁盘
作 仅设置一张，
系 统
登记了分配给 文件的所有盘 块的链接关系，
操 作 系
操 故将该表称为
统
作 文件分配表FAT。
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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链式结构的特点
l 采用离散分配方式。磁盘上的所有空闲块都可以被利
作 系 统 操
• 接口的统一性。用户可以使用统一的广义指令 或系统调用来存取各种介质上的文件，这样做
简单、直观，而且摆脱了对存储介质特性的依 赖以及使用I/O指令所做的繁琐处理。
操 作 系 统
作
系
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操 作
现代操作系统中比较著名的文件管理系统
系 统 操 作 系 统统
• Sysv。System v/386及Xenix使用的文件管理系统。
统 的二进制位；
操 （2）将二进制位的字号（行号i）、位号（列号j）转换
作 系 统统 操
成相应的盘块号b（假设字号i、位号j、盘块号b取值均从0 开始）：b = i * L + j （L为字长，即每行的位数）； （3）将分配的块地址记入文件的FCB，修改位示图，将对 应位置为“1”。
作l 根据位示图对盘块进行回收时：
统 FAT16、FAT32等。
系
操 • NTFS。Windows及Windows2000上的文件管理系统， 统
作 安全性和可靠性比较好。
系
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操 作
8.2 文件的逻辑结构和物理结构
系 统 操 作
文件的逻辑结构——是指呈现在用户面前的文
件结构，是文件逻辑上的组织形式。
文件的物理结构——是指文件在存储介质上的
系 存储在若干物
统统 操
理盘块中，将 索引表所占的 各盘块号记入
作 另一个索引
操
系 表——索引表
作
统 的索引表。这
系
操 种结构就称两
统
作 级索引结构。
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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UNIX混合索引存储结构
操 作 系 统
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
系统将外存储空间分成若干大小相等的物理块，
以块为单位来交换信息。当一个新文件要写入时，需要
在外存空间找出一系列块号连续或不连续的空闲块以供
分配。
操
因此，需要对外存的物理块进行管理，建立空闲 作
块管理表，标出哪些是空块，哪些块正在使用，以便进
行分配和回收。
系 统
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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第8章 文件管理
文件的基本概念、文件命名、文件分类
文件管理系统的功能和组成
文件的逻辑结构和物理结构
目录管理
文件共享、保护与保密
操
外存空间的分配和回收、外存空闲区管理
作
系
统
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操
作 系
8.1 文件管理系统概述
（2）文件结构信息，如文件的逻辑结构、文件的物理结
构、文件在存储介质上的位置、文件长度等；
操
作
（3）文件管理信息，如文件的建立日期、文件被修改的 系
日期、文件保留日期和记帐信息等。
统
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操
作
文件目录管理的主要目的
系
统 （1）实现“按名存取”。用户只需向系统提供所需访问 操 文件的名字，便能快速准确地找到指定文件在外存上的 作 位置。
操 为第二组；……；N4900～N4801为第49组；N4999～N4901
作 为第50组。
系（3）将每一组含有的盘块数和该组所有的盘块号，记入前一 统 统 组的第一个盘块的S.free[0]～S.free[99]中。这样，各组
操 的第一个盘块就链接成一个链表。
作（4）最后一组只有99个盘块，其盘块号记入前一组的第一个
作 系
这种文件不仅 在逻辑上是连 续的，在外存
操 作
统 上存放的空间
系
操 也是连续的。
统
作
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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顺序存储结构
☺优点：管理简单；
存取速度快；
既适合顺序存取，也适合随机存取。
L缺点：外存空间利用率低；
必须预先知道文件的长度；
作 系
• 文件共享和保护
统 • 文件操作
操
作
系
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文件管理系统结构
操 作 系 统
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操
作 一个好的文件管理系统应具有以下特点：
系
统 • 使用的方便性。按名存取的实现，使文件的物 操 理结构和存放的物理位置对于用户都成了透明
作 的。
系 统统
操
• 数据的安全性。好的文件管理系统能提供有效 的保护措施，以保证文件信息的安全。
操
系 统
三级索引能够支持的存储容量是
作 系
操
1K*1K*1K*4KB=4TB。
统
作
系
操 作 系 统 操 作 系 统统 操 作 系 统 操 作 系
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8.3 文件存储空间管理
文件存储空间是系统与多个用户共享的。用户对 文件只要求按名存取，至于文件在外存上具体的存放位 置、存取如何实现，用户概不关心。这些方面都是由文 件存储管理模块来统一管理的。
记录式文件，在逻辑上可看成是一组记录的
操
集合。每个记录由彼此相关的若干个数据项组成。 作
记录式文件中的逻辑记录可依次编号，其序号称
系
为逻辑记录号（简称记录号）。
统
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操
作
文件存取方式
系
统 操
文件的顺序存取
作
按照文件的逻辑地址顺序存取。在记
系 录式文件中，这种操作体现为按照记录的
用，消除了外部碎片。
l 易于文件增长或收缩。当文件需要增长时，可动态为
其分配新的盘块，并用指针链接起来，收缩时只要从
链中取消不需要的块即可。
l 指针本身需占用存储空间。如果采用的是隐式链接，
磁盘块中需要付出存储指针的空间；如果采用的显式
链接，需要存储FAT表。
操
l 链接指针的可靠性是个问题。存取文件时，如果哪个 指针丢失或被破坏，则错误的指针可能指向其他文件 而导致混乱。