第6章 文件管理(第3讲)

《操作系统》
第六章文件管理(第3讲)
主讲：黄伯虎
上一讲内容回顾
文件的目录
文件目录的内容、功能 文件的目录结构
一级目录结构
二级目录结构
多级目录结构
文件目录的维护
打开文件机构
内存文件控制块
系统打开文件表
用户打开文件表
外存空间管理
空闲区表
位示图
空闲块链
成组链接法*
将空闲块分成若干组，每100个空闲块为一组。

每组的第一个空闲块登记了下一组空闲块的物理盘块号和本组空闲块总数。

分配算法
释放算法
共享的含义
文件共享是指不同用户或进程使用同一文件，实际上文件的实体只有一个。

静态共享
静态的含义
一个文件同时属于多个文件目录项，但实际上文件仅仅只有一处物理存储，这种多个文件目录项对应一个文件实体的多对一的关
系叫做文件链接。

特点：
静态共享中这种关系不管文件此时是否在被使用，都存在。

静态共享的实现
硬链接
UNIX 中的文件链接的系统调用
link(oldname, newname);例如link (“/bin/ls”,“/usr/dir”);执行步骤如下：根目录文件
文件体
bin boot unix usr mnt
etc tmp dey
I=2 I =3 I=4 I=5 I=2
ls
10I=5
I=1.. .. .. .. 根目录索引节点
usr 目录文件
I=10bin 目录文件
di_nlink+1
.. .. dir .. .. 10struct dinode{
ushort di_mode; short di_nlink; ushort di_uid; ushort di_gid;
off_t di_size; char di_addr[40]; time_t di_atime;time_t di_mtime; time_t di_ctime; }
软连接
也称符号链接，生成符号链接文件时，将新文件登记在该用户共
享目录项中，文件内容为被链接文件的路径名。

根目录文件
文件体
bin boot unix usr mnt etc tmp dey
I=2 I =3 I=4 I=5 I=2
ls
10I=5
I=1.. ..
.. .. 根目录索引节点
usr 目录文件
I=10bin 目录文件
.. .. dir .. .. 11
I=11
文件体
/bin/ls
举例:ln -s /bin/ls /usr/dir
动态共享
特点：
出现在进程共享文件时，伴随着进程的生成而存在，进程的终止而消失。

举例
P1进程代码：
fd1=open(“/etc/test”, o_RDONLY);
fd2=open(“pocal”, o_WRONLY);
P2为P1的子进程，代码如下：
fd3=open(“/etc/testexa”,o_RDONLY);
P3执行如下代码：
fd1=open(“/etc/test”, o_RDWR);
fd1=open(“/etc/test”, o_RDONLY);
fd2=open(“pocal”, o_WRONLY); f_flag:写f_count=1f_inode
…P1: u_ofile
fp1fp2……
f_flag:读f_count=1f_inode file[]
…
i_number i_count=1┇i_addr[13]
内存inode
test
文件存储位置
i_number i_count=1
┇i_addr[13]pocal
fd3=open(“/etc/testexa”,o_RDONLY);
fd1=open(“/etc/test”, o_RDWR);
f_flag:读写f_count=1f_inode i_number i_count=1
┇i_addr[13]
testexa
P2: u_ofile
fp1fp2fp3…f_flag:读f_count=2f_inode f_flag:写f_count=2f_inode P3: u_ofile
…fp1…
f_flag:读写f_count=1f_inode
i_number i_count=2
┇i_addr[13]
影响文件系统性能的因素 存储介质
磁盘性能的好坏
磁盘调度算法的好坏
磁盘高速缓冲区的大小
磁盘调度
磁盘是一种共享设备，为了保证信息的安全，系统每一时刻只允许一个进程启动磁盘进行I/O操作，其余的进程只能等待。

因此合理的设置调度算法就十分重要。

设置磁盘调度算法的目标：使各进程对磁盘的平均访问时间最小。

影响磁盘访问时间的因素：
移臂时间
移臂时间
磁盘移臂调度算法
先来先服务(FCFS)
思想：严格按照进程请求访问磁盘的先后次序进行调度，是一种最简单的磁盘调度算法。

假设当前磁头位于110#磁道
磁头平均移动次数= 478 / 9 = 53.1
优点：公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某进程的请求长期得不到满足的情况。

缺点：未对寻道进行优化，可能会使得有些情况下平均寻道时间较长。

从0#磁道开始
最短寻道时间优先
思想：要求每次访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近。

优点：移臂次数较FCFS 算法少
缺点：
可能会出现”饥饿“现象
当前磁头位于110#磁道
磁头平均移动次数= 248 / 9 = 27.55
扫描算法（SCAN）
思想：不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。

即首先考虑现在的移动方向，然后再
选择在这个移动方向上距离当前磁道最近的磁道。

磁头移动的规
律和电梯的运行相似，因此又常称为电梯调度算法。

当前磁头位于110#磁道
磁头平均移动次数= 250 / 9 = 27.77优点：可以克服”饥饿“现象，同时可以
获得较短的移臂时间。

旋转调度算法
研究当移动臂定位后，如何访问数据的问题？可能出现的情况如下：
目标：在同一柱面读写信息时，花费最少的时间。

举例（假设当读写头移动到一个磁道时，总是处于编号最小的扇区处）
磁道号
可能的访问顺序：③①⑤②⑥④，③①⑤④⑥②
结论：当一次移臂调度将移动臂定位到某一柱面后，还可能要
进行多次旋转调度才能得到所有数据。

信息的优化分布
现有的磁盘调度算法可以尽量减少访问时间，但是受到文件存储位置的限制。

因此如果在存储时就能根据访问规律合理的安排数据的存储位置，则就可以提高文件的读写效率。

举例：
旋转型磁盘上的信息优化分布能减少若干I/O服务的总时间。

假如有13个记录存放在磁盘的某一磁道上，每个磁道划分成13块，每块存放一个记录。

如果磁盘旋转速度为30ms（毫秒）转1周，处理程序每读一个记录后花5ms进行处理，请问：为缩短处理时间应如何排列这些记录？重新排列记录后的总的处理时间是多少？
目前Windows 2000/XP 支持的文件系统格式主要有：
CDFS(CDROM File system)：1988年作为CDROM介质的只读光盘所制定的标准格式，简单。

UDF(Universal Disk Format)：1995年由光学存储技术委员会(OSTA)为光磁盘存储媒介如DVD-ROM等所制定的标准。

FAT(File Association Format)文件系统
簇：FAT文件系统中磁盘空间分配和管理的基本单位，一个簇又一个或多个扇区构成。

FAT表中记录着各个簇的信息，每一个信息项称为一个簇号项，里面记录的值称为簇项值，不同的FAT文件系统簇号项的大小也
不同。

FAT中簇项值的意义
簇号链
FAT32系统逻辑盘的空间划分
NTFS 系统
是Windows 2000/XP 本身的文件系统格式。

NTFS 使用64位簇进行索引，这使得NTFS 有能力寻址达160亿GB 。

优点：可恢复性,安全性,大磁盘和大文件,多数据流,通用索引功能,分布式文件服务。

引导区从第一扇区开始，使用了三个扇区，保存了该逻辑盘每扇区字节数，每簇对应的扇区数等等重要参数和引导记录。

作业
P262 习题2，7，20。