第五章教材习题解答

　第5章教材习题解答
1． 基本概念和术语
（1） 解释下列概念：文件、文件系统、文件的逻辑组织、文件的物理组织、目录项、目录文件、路径、当前目录。
文件是被命名的相关信息的集合体。通常存放在外存上，可以作为一个独立单位存放和实施相应的操作。
文件系统是操作系统中负责操纵和管理文件的一整套机制，它实现文件的共享和保护，方便用户“按名存取”。
文件的逻辑组织——用户对文件的观察和使用是从自身处理文件中数据时采用的组织方式来看待文件组织形式。这种从用户观点出发所见到的文件组织形式称为文件的逻辑组织。
文件的物理组织——文件在存储设备上的存储组织形式称为文件的物理组织。
目录项——为了加快对文件的检索，往往把文件控制块集中在一起进行管理。这种文件控制块的有序集合就称为文件目录。当然，文件控制块也就是其中的目录项。
目录文件——全由目录项构成的文件就称为目录文件。
路径——在树形目录结构中，从根出发、经由所需子目录、到达指定文件的通路。
当前目录——为节省文件检索的时间，每个用户可以指定一个目录作为当前的工作目录，以后访问文件时，就从这个目录开始向下顺次检索。这个目录就称作当前目录。
2． 基本原理和技术
（1） UNIX/Linux系统中文件分为哪些类型？
UNIX/Linux系统中文件分为以下类型：普通文件，目录文件，特殊文件。
（2） 文件的逻辑组织有几种形式？
文件的逻辑组织有以下形式：无结构文件和有结构文件。无结构文件是指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组成的有序字符流，即流式文件。有结构文件又称为记录式文件，它在逻辑上可被看成一组连续顺序的记录的集合，又可分为定长记录文件和变长记录文件两种。
（3） 文件的物理组织形式主要有哪几种？各有什么优缺点？
文件的物理组织形式主要有：连续文件、链接文件、索引文件、多重索引文件。各自的优缺点见下表：
优 点 缺 点
连续文件 顺序存取速度较快。 建文件时就确定它的长度很难实现；它不便于文件的动态扩充；可能出现外部碎片，从而造成浪费。
链接文件 克服了连续文件的缺点。 一般仅适于顺序访问，而不利于对文件的随机存取；每个物理块上增加一个连接字，为信息管理添加了一些麻烦；可靠性差。
索引文件 除了具备链接文件的优点之外，还克服了它的缺点。 需要增加索引表带来的空间开销。往往以内存空间为代价来换取存取速度的改善。
多重索引文件

除具有一般索引文件的优点外，还可满足对灵活性和节省内存的要求。 间接索引需要多次访盘而影响速度。
（4） 一般说来，文件系统应具备哪些功能？
一般说来，文件系统应具备以下功能：文件管理；目录管理；文件存储空间的管理；文件的共享和保护；提供方便的接口。
（5） 文件控制块与文件有何关系？
文件控制块——用于控制和管理文件的数据结构，其中包括文件名、文件类型、位置、大小等信息。
文件控制块与文件一一对应，即在文件系统内部，给每个文件唯一地设置一个文件控制块，核心利用这种结构对文件实施各种管理。
（6） 文件系统中的目录结构有哪几种基本形式？各有何优缺点？UNIX/Linux系统中采用哪种目录结构？
文件系统中的目录结构有：单级目录结构，二级目录结构，树形目录结构，非循环图目录结构。各自的优缺点如下表：
目录结构 优 点 缺 点
单级目录 简单，能实现按名存取。 查找速度慢；不允许重名；
不便于共享。
二级目录 允许重名；提高了检索目录的速度。 仍不利于文件共享。
树形目录 文件的层次和隶属关系很清晰，便于实现不同级别的存取保护和文件系统的动态装卸。 只能在用户级对文件进行临时共享。
非循环图目录 具有树形结构的优点，而且实现对文件的永久共享。 管理较复杂。
UNIX系统中采用非循环图目录结构，即带链接的树形目录结构。
（7） 常用的磁盘空闲区管理技术有哪几种？试简要说明各自的实现思想。
常用的磁盘空闲区管理技术有：空闲盘块表法、空闲块链接法、位示图法、空闲块成组链接法。
空闲盘块表法——所有连续的空闲盘块在表中占据一项，其中标出第一个空闲块号和该项中所包含的空闲块个数，以及相应的物理块号。利用该表进行盘块的分配和文件删除时盘块的回收。
空闲块链接法——所有的空闲盘块链在一个队列中，用一个指针（空闲区头）指向第一个空闲块，而各个空闲块中都含有下一个空闲区的块号，最后一块的指针项记为NULL，表示链尾。分配和释放盘块都在链头进行。
位示图法——利用一串二进位的值来反映磁盘空间的分配情况，每个盘块都对应一位。如果盘块是空闲的，对应位是0；如盘块已分出去，则对应位是1。
空闲块成组链接——把所有空闲盘块按固定数量分组，组与组之间形成链接关系，最后一组的块号（可能不满一组）通常放在内存的一个专用栈结构中。这样，平常对盘块的分配和释放是在栈中进行（或构成新的一组）。
（8） 什么是文件的共享？

文件链接如何实现文件共享？
文件的共享是指系统允许多个用户（进程）共同使用某个或某些文件。
文件链接是给文件起别名，即将该文件的目录项登记在链接目录中。这样，访问该文件的路径就不只一条。不同的用户（或进程）就可以利用各自的路径来共享同一文件。
（9） 什么是文件保护？常用的保护机制有哪些？
文件保护——是指文件免遭文件主或其他用户由于错误的操作而使文件受到破坏。
常用的文件保护机制有：
① 命名——自己的文件名，不让他人知道；
② 口令——对上口令，才能存取；
③ 存取控制——有权才可存取，不同权限干不同的事；　
④ 密码——信息加密，解密复原。
（10） 什么是文件的备份？数据备份的方法有哪几种？按时机分，备份分哪几种？
文件备份就是把硬盘上的文件在其它外部的存储介质（如磁带或软盘）上做一个副本。
数据备份的方法有完全备份、增量备份和更新备份三种。
按时机分，后备分为“定期备份”和“不定期备份”。
（11） 硬盘分区有哪三种类型？Linux可以安装在哪些分区上？
硬盘分区有三种类型：主分区、扩展分区和逻辑分区。Linux既可以安装在主分区上，也可以安装在逻辑分区上。
（12） 在Linux系统中，ext2文件系统的构造形式是什么？超级块的作用是什么？
在Linux系统中，ext2文件系统的构造形式为引导块和一系列的块组。其中块组又包括超级块、块组描述结构、块位示图、索引节点位示图、索引节点表和数据块。
超级块中包含有文件系统本身的大小和形式的基本信息。文件系统管理员可以利用这些信息来使用和维护文件系统。
3． 思考题
（1） 在UNIX/Linux系统中，如何表示一个文件的存取权限？
在UNIX/Linux系统中，一个文件的存取权限用9个二进制位表示：前三位分别表示文件主的读、写和执行权限，中间三位分别表示同组用户的读、写和执行权限，最后三位分别表示其他用户的读、写和执行权限。
（2） 在Linux系统中，为什么要提供VFS？
Linux系统可以支持多种文件系统，为此，必须使用一种统一的接口，这就是虚拟文件系统（VFS）。通过VFS将不同文件系统的实现细节隐藏起来，因而从外部看上去，所有的文件系统都是一样的。
（3） 简述管道文件的实现机制。执行命令 cat myfile | wc –l 的输出应是什么？
管道文件的实现机制如下如所示：

在执行管道命令行时要创建一个管道文件和两个进程：“|”对应管道文件；由系统自动处理两

个进程按先入先出的方式同步、调度和缓冲。管道文件是利用系统调用pipe( )创建的、在同族进程间进行大量信息传送的打开文件。
执行命令 cat myfile | wc –l 的输出是文件myfile的行数。