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7.2.1 文件结构 1.无结构文件
无结构文件又称为流式文件； 流式文件中的数据按其时间到达的先后顺序存 储，没有结构； 流式文件的的访问需要用穷举法，即从开始处 遍历文件。
有结构文件
有结构文件又称为记录式文件，是一组连续记 录的集合； 每条记录用于描述对象某些方面的属性； 按记录长度是否相等分为：定长记录文件，变 长记录文件
7.1.2 文件分类
按文件的用途分类
系统文件：操作系统软件构成，包括系统内核、 系统管理程序等。 用户文件：用户自己的文件，如用户的源程序 文件，可执行文件或文档资料等。 库文件：标准的子程序及非标准的子程序构成， 如：系统库或满足特定应用的库文件。
按文件的性质分类
普通文件：用户所规定的普通格式的文件，例 如字符流组成的文件，它包括用户文件、库文 件、应用程序文件。 目录文件：包含目录的属性信息的文件。 特殊文件：输入输出设备可以被看成特殊文件。
对顺序文件的读写
由一个或几个数据项作为关键字，设置一个指针ptr 指向下一个要读写的记录的首地址，在执行完读写操作后， 执行ptr = ptr+l，l为定长记录的长度。
优缺点
优点：在一次处理大批数据时，效率高！介质：磁带。 缺点：对单个记录的增删改等交互式处理较困难，插 入和删除尤其如此。
2.索引文件
etc
disp
os.doc
work.doc
con.ini
atl.dll
borw.dll
1）路径名
从根目录到任何文件之间所经历所有目录名和文件名， 用“\”相连即构成该文件的路径名。路径名可以保证文件 访问的唯一性。
2）相对路径和绝对路径
相对路径：从当前目录开始到所找文件的路径上用“\”相 连的全部目录名和文件名。 绝对路径：从根目录开始到所找文件的路径上用“\”相连 的全部目录名和文件名。
B树和B+树
3）B+树的概念 B+树是B树的一种变形树，它与B树的差异在于： 有k个子结点的结点必然有k个关键码； 非叶结点仅具有索引作用，跟记录有关的信息均存放在叶结点 中。 4）B+树的查找 跟B树的查找类似，但是也有不同。由于跟记录有关的信息存 放在叶结点中，查找时若在上层已找到待查的关键码，并不停止， 而是继续沿指针向下一直查到叶结点层的关键码。此外，B+树的 所有叶结点构成一个有序链表，可以按照关键码排序的次序遍历 全部记录。上面两种方式结合起来，使得B+树非常适合范围检索。
文件名：供用户使用 文件的内部标识：供系统使用 文件的物理位置 文件的拥有者：多用户系统中用于区别各个用户的权限 文件的存取控制 文件类型 文件的长度：文件的字节数
7.1.4 文件的操作
用户可以通过文件系统提供的各种 调用接口对文件进行各种操作。 对文件记录的操作
检索所有记录 检索单个记录 插入一个记录 修改一个记录 删除一个记录
对文件自身的操作
创建文件 删除文件 打开/关闭文件 读/写文件 设置文件的读/写位置 截断文件：保存文件的基本属性，将其长度设 为0； 获取/设置文件属性
7.1.5 文件访问方式
文件的访问方式由文件的性质和用户使用文件 的方式决定。 1.顺序访问方式
文件信息按记录顺序一次处理，最常见的访问方式。 读文件时按照文件指针的位置顺序读文件内容，写文件时， 将文件指针移到文件尾部，并将信息附加到文件尾。 读写指针移动 定长记录文件：rpi+1=rpi+l 非定长记录文件： rpi+1=rpi+li
●优点： …… –提高了文件检索速度 –部分允许文件重名 ●缺点：用户之间不容易实现文件共享。
3.树型目录
根目录
●树型目录是两级目录的推广 –主目录为根结点。 –数据文件为叶子结点。 –其他各级目录均为树的结点。
prog
sys
project1
readme
drv
doc
comm.c
print.c
input.c
7.4 文件的共享
1.基于索引节点的文件共享 基于索引节点的文件共享
树形文件
特殊的有结构文件，由一颗记录树构成。
7.2.2 有结构文件的组织
文件组织是指有结构文件的记录组织方式。 文件组织应能满足以下要求： 提高检索效率 便于修改 降低文件存储费用 维护简单
1.顺序文件 顺序文件所有记录长度相等； 按照记录的排序方式
串结构：记录顺序与关键字无关，由存入时间决定。 顺序结构：记录按关键字排序，检索效率高。
第七章 文件管理
●文件概念
●文件结构和文件系统
●目录 ●文件系统实现 ●文件系统的可靠性
7.1文件概念
文件系统负责信息的组织、存储和访问。并 对文件的构造、存取、使用、保护和实现方法等 进行管理。 文件：具有文件名的一组相关数据的集合。 每个文件都必须要有一个文件名。
7.1.1 文件管理的目的
1)方便的文件访问和控制：以符号名称作为文件标 识，便于用户使用； 2)并发文件访问和控制：在多道程序系统中支持对 文件的并发访问和控制； 3)统一的用户接口：在不同设备上提供同样的接口， 方便用户操作和编程； 4)多种文件访问权限：在多用户系统中的不同用户 对同一文件会有不同的访问权限； 5)优化性能：存储效率、检索性能、读写性能； 6)差错恢复：能够验证文件的正确性，并具有一定 的差错恢复能力。
i-node编号，即内存i-node标识 状态：i-node上锁或修改等 访问计数：多个进程共享 文件所在的逻辑设备号 链接指针：多重缓冲池指针、空闲链、散列队列
2.单级目录 ●单级目录是最简单的一个目录形式，整个系统 ， 建立一张目录表，为每个文件分配一个目录项。 ●缺点： 文件 A –查找速度慢 文件A的FCB –不允许重名
文件B的FCB 文件C的FCB 文件D的FCB … 文件 D 目录表 文件 C 文件 B
2.两级目录：主文件目录和用户文件目录
用户AnQi的目录 proAn text 用户名 AnQi BaoRong ChenLin 指向子目录指针 . . . 用户BaoRong的目录 proBao …… text pro2 pro2 proBao text pro1 …… pro1 proAn text
1.文件系统软件结构
文件系统接口 逻辑文件系统 文件 管理 软件 I/O管理程序 物理文件系统 外存储设备驱动程序 文件及其属性
文件及其属性
为方便文件检索，文件系统中配置目录，目录中记录 了文件名及其相关属性，能够方便用户使用文件，提高文 件存取的速度。
文件接口
命令接口：通过键盘输入命令取得文件服务 程序接口：用户程序通过系统调用取得文件服务
文件管理软件
逻辑文件系统：提供对文件记录操作的能力； I/O管理软件：由文件名寻找文件所在的设备，并负责 I/O操作的完成； 物理文件系统：负责处理内存和文件所在设备的数据 交换； 外存设备驱动程序：文件系统的最底层，主要负责启 动I/O设备和对设备发出的中断进行处理。
2.文件管理功能
用户和应用程序 文件操作命令 目录管理 文件名 存取控制权限 操作系统 缓冲管理 提高文件系统性能
…… 索引表
…… 逻辑文件
优点：访问效率高 缺点：每个文件可能设置多个索引文件，空间耗费大。
3.索引顺序文件
在顺序文件的基础上，另外建立索引文件以加快 顺序文件的检索速度。 将顺序文件中的所有记录分为若干个组，然后为 顺序文件建立一张索引表，索引表中的每个索引 项指向顺序文件中每组记录的第一个记录。 索引文件的每条记录由两个数据项组成：关键字 和指向主文件记录的指针。 索引文件与索引顺序文件的区别在于索引文件主 文件不排序。
2.直接访问方式
直接访问方式又称为文件的随机存取，是磁盘文 件的访问方式，一般每次存取的单位是固定的， 称为块，块大小为512B、1024B或更大。 随机存取方式主要用于大批量信息的立即访问。 当有访问要求时，系统计算出信息所在文件中的 位置，然后设置文件读写指针，直接读取信息。
7.2 文件结构和文件系统
7.3 目录
目录的功能
●实现“按名存取” 实现“按名存取” ●提高对文件的检索速度 ●允许文件同名 ●文件共享
如何管理好我的文件? 如何管理好我的文件?
1.文件控制块和索引节点
●文件控制块（wenku.baidu.comCB） 文件控制块（ ）
学图书馆 做图书卡片！ 做图书卡片！
描述和控制文件的数据结构。 描述和控制文件的数据结构。 文件基本信息：文件名、物理位置和逻辑结构 存取控制信息：文件主、标准用户和一般用户 访问文件的权限 文件使用信息：文件的建立和修改时间，当前 使用信息
3. 索引顺序文件
年龄 18 19 20 21 …
指针 · · · · …
年龄 18 18 18 19 …
姓名 张红 王萧 王燕 李明 …
性别 女 男 女 男 … 主文件
学号 200224101 200324103 200324104 200324102 …
索引表
7.2.3 文件系统
文件系统是指含有大量的文件及其属性说明、 文件系统 对文件进行操纵和管理的软件，以及向用户提供 的使用文件的接口的集合。它主要由三部分组成： ● 实体——文件本身 ● 操作管理——有关文件操作过程 ● 接口——用户使用文件的接口
缓冲区 磁盘调度 磁盘I/O
文件 访问方法 记录操作
磁盘 空闲空间管理 存储空间分配
记录
物理块
（a）
（b）
3.常见的文件系统 FAT：最早用在MS-DOS中，后被用于windows NT、 windows 2000/XP中。 NTFS： windows NT、 windows 2000/XP中的文 件系统，安全性和可靠性比较好。 NFS：网络文件系统。 EXT2：Linux最常用的文件系统。
磁盘索引节点 指存放在磁盘上的i-node，磁盘上每一个文 件都有唯一的i-node，主要内容：
文件主标识 文件类型 文件存取权限 文件物理地址 文件长度 文件链接计数（共享） 文件存取时间
内存索引节点 当文件打开后，将磁盘上i-node拷贝到内存的 索引节点中，以便以后使用。 内存i-node主要内容：
适用于对不定长记录的访问，各个记录不必排序； 可以针对不同的关键字域相应建立多个索引表； 每个索引项有一个指向主文件中一个记录的指针 和该记录长度的两个数据项，索引项按照记录中 的某个关键字域进行排序。 索引文件的记录项通常较小，且定长，所以查找 速度快，便于随机访问
2.索引文件
索引号 0 1 长度m m0 m1 指针ptr . . …… …… i mi . Ri R0 R1
文件目录
设置文件目录的目的是为了实现对文件的集中管理， FCB的有序集合即文件目录。 文件目录能够实现文件名与文件物理位置的映射关系。
索引结点（UNIX系统使用）
设置索引节点的目的是为了提高文件检索的速度。 将文件名和文件描述信息分开，文件描述信息单独形成 一个数据结构称为索引节点。 文件目录的每个目录项由文件名和指向该文件对应的索 引节点指针组成。
文件逻辑结构
有结构文件：文件由记录组成 无结构文件：文件由字符流组成
按存取属性分类
可执行文件 只读文件 读/写文件
按文件中的数据形式分类
源文件：源程序和数据构成的文件 目标文件：编译后但未链接的目标代码文件 可执行文件：链接后的可执行文件
7.1.3 文件属性
文件的属性主要描述文件的元信息，如文件的 创建日期、长度、使用权限等，以方便文件系统管 理文件，常用的文件属性有：
3）目录操作
目录创建、目录删除、目录检索、目录打开和关闭
4.目录查询
1）查询文件的步骤： 利用用户提供的文件名，按目录查询，找 出FCB或索引节点。 根据FCB或索引节点中记录的盘块号，算 出文件的物理位置 启动磁盘，读文件至内存
2）查询算法： 线性检索算法 哈希检索算法 B+树
B树和B+树
1）B树的定义 B树是一种平衡的多分树，通常我们说m阶的B树，它必须满足 如下条件： 每个结点至多有m个子结点； 除根结点和叶结点外，其它每个结点至少有 个子结点； 若根结点不是叶子结点，则至少有两个子结点； 所有的叶结点在同一层； 有k个子结点的非根结点恰好包含k-1个关键码。 2）B树的查找 B树上的查找是一个顺指针查找结点和在结点内的关键码中查 找交叉进行的过程。从根结点开始，在结点包含的关键码中查找 给定的关键码，找到则查找成功；否则确定给定关键码可能在的 子树，重复上面的操作，直到查找成功或者指针为空为止。
无结构文件又称为流式文件； 流式文件中的数据按其时间到达的先后顺序存 储，没有结构； 流式文件的的访问需要用穷举法，即从开始处 遍历文件。
有结构文件
有结构文件又称为记录式文件，是一组连续记 录的集合； 每条记录用于描述对象某些方面的属性； 按记录长度是否相等分为：定长记录文件，变 长记录文件
7.1.2 文件分类
按文件的用途分类
系统文件：操作系统软件构成，包括系统内核、 系统管理程序等。 用户文件：用户自己的文件，如用户的源程序 文件，可执行文件或文档资料等。 库文件：标准的子程序及非标准的子程序构成， 如：系统库或满足特定应用的库文件。
按文件的性质分类
普通文件：用户所规定的普通格式的文件，例 如字符流组成的文件，它包括用户文件、库文 件、应用程序文件。 目录文件：包含目录的属性信息的文件。 特殊文件：输入输出设备可以被看成特殊文件。
对顺序文件的读写
由一个或几个数据项作为关键字，设置一个指针ptr 指向下一个要读写的记录的首地址，在执行完读写操作后， 执行ptr = ptr+l，l为定长记录的长度。
优缺点
优点：在一次处理大批数据时，效率高！介质：磁带。 缺点：对单个记录的增删改等交互式处理较困难，插 入和删除尤其如此。
2.索引文件
etc
disp
os.doc
work.doc
con.ini
atl.dll
borw.dll
1）路径名
从根目录到任何文件之间所经历所有目录名和文件名， 用“\”相连即构成该文件的路径名。路径名可以保证文件 访问的唯一性。
2）相对路径和绝对路径
相对路径：从当前目录开始到所找文件的路径上用“\”相 连的全部目录名和文件名。 绝对路径：从根目录开始到所找文件的路径上用“\”相连 的全部目录名和文件名。
B树和B+树
3）B+树的概念 B+树是B树的一种变形树，它与B树的差异在于： 有k个子结点的结点必然有k个关键码； 非叶结点仅具有索引作用，跟记录有关的信息均存放在叶结点 中。 4）B+树的查找 跟B树的查找类似，但是也有不同。由于跟记录有关的信息存 放在叶结点中，查找时若在上层已找到待查的关键码，并不停止， 而是继续沿指针向下一直查到叶结点层的关键码。此外，B+树的 所有叶结点构成一个有序链表，可以按照关键码排序的次序遍历 全部记录。上面两种方式结合起来，使得B+树非常适合范围检索。
文件名：供用户使用 文件的内部标识：供系统使用 文件的物理位置 文件的拥有者：多用户系统中用于区别各个用户的权限 文件的存取控制 文件类型 文件的长度：文件的字节数
7.1.4 文件的操作
用户可以通过文件系统提供的各种 调用接口对文件进行各种操作。 对文件记录的操作
检索所有记录 检索单个记录 插入一个记录 修改一个记录 删除一个记录
对文件自身的操作
创建文件 删除文件 打开/关闭文件 读/写文件 设置文件的读/写位置 截断文件：保存文件的基本属性，将其长度设 为0； 获取/设置文件属性
7.1.5 文件访问方式
文件的访问方式由文件的性质和用户使用文件 的方式决定。 1.顺序访问方式
文件信息按记录顺序一次处理，最常见的访问方式。 读文件时按照文件指针的位置顺序读文件内容，写文件时， 将文件指针移到文件尾部，并将信息附加到文件尾。 读写指针移动 定长记录文件：rpi+1=rpi+l 非定长记录文件： rpi+1=rpi+li
●优点： …… –提高了文件检索速度 –部分允许文件重名 ●缺点：用户之间不容易实现文件共享。
3.树型目录
根目录
●树型目录是两级目录的推广 –主目录为根结点。 –数据文件为叶子结点。 –其他各级目录均为树的结点。
prog
sys
project1
readme
drv
doc
comm.c
print.c
input.c
7.4 文件的共享
1.基于索引节点的文件共享 基于索引节点的文件共享
树形文件
特殊的有结构文件，由一颗记录树构成。
7.2.2 有结构文件的组织
文件组织是指有结构文件的记录组织方式。 文件组织应能满足以下要求： 提高检索效率 便于修改 降低文件存储费用 维护简单
1.顺序文件 顺序文件所有记录长度相等； 按照记录的排序方式
串结构：记录顺序与关键字无关，由存入时间决定。 顺序结构：记录按关键字排序，检索效率高。
第七章 文件管理
●文件概念
●文件结构和文件系统
●目录 ●文件系统实现 ●文件系统的可靠性
7.1文件概念
文件系统负责信息的组织、存储和访问。并 对文件的构造、存取、使用、保护和实现方法等 进行管理。 文件：具有文件名的一组相关数据的集合。 每个文件都必须要有一个文件名。
7.1.1 文件管理的目的
1)方便的文件访问和控制：以符号名称作为文件标 识，便于用户使用； 2)并发文件访问和控制：在多道程序系统中支持对 文件的并发访问和控制； 3)统一的用户接口：在不同设备上提供同样的接口， 方便用户操作和编程； 4)多种文件访问权限：在多用户系统中的不同用户 对同一文件会有不同的访问权限； 5)优化性能：存储效率、检索性能、读写性能； 6)差错恢复：能够验证文件的正确性，并具有一定 的差错恢复能力。
i-node编号，即内存i-node标识 状态：i-node上锁或修改等 访问计数：多个进程共享 文件所在的逻辑设备号 链接指针：多重缓冲池指针、空闲链、散列队列
2.单级目录 ●单级目录是最简单的一个目录形式，整个系统 ， 建立一张目录表，为每个文件分配一个目录项。 ●缺点： 文件 A –查找速度慢 文件A的FCB –不允许重名
文件B的FCB 文件C的FCB 文件D的FCB … 文件 D 目录表 文件 C 文件 B
2.两级目录：主文件目录和用户文件目录
用户AnQi的目录 proAn text 用户名 AnQi BaoRong ChenLin 指向子目录指针 . . . 用户BaoRong的目录 proBao …… text pro2 pro2 proBao text pro1 …… pro1 proAn text
1.文件系统软件结构
文件系统接口 逻辑文件系统 文件 管理 软件 I/O管理程序 物理文件系统 外存储设备驱动程序 文件及其属性
文件及其属性
为方便文件检索，文件系统中配置目录，目录中记录 了文件名及其相关属性，能够方便用户使用文件，提高文 件存取的速度。
文件接口
命令接口：通过键盘输入命令取得文件服务 程序接口：用户程序通过系统调用取得文件服务
文件管理软件
逻辑文件系统：提供对文件记录操作的能力； I/O管理软件：由文件名寻找文件所在的设备，并负责 I/O操作的完成； 物理文件系统：负责处理内存和文件所在设备的数据 交换； 外存设备驱动程序：文件系统的最底层，主要负责启 动I/O设备和对设备发出的中断进行处理。
2.文件管理功能
用户和应用程序 文件操作命令 目录管理 文件名 存取控制权限 操作系统 缓冲管理 提高文件系统性能
…… 索引表
…… 逻辑文件
优点：访问效率高 缺点：每个文件可能设置多个索引文件，空间耗费大。
3.索引顺序文件
在顺序文件的基础上，另外建立索引文件以加快 顺序文件的检索速度。 将顺序文件中的所有记录分为若干个组，然后为 顺序文件建立一张索引表，索引表中的每个索引 项指向顺序文件中每组记录的第一个记录。 索引文件的每条记录由两个数据项组成：关键字 和指向主文件记录的指针。 索引文件与索引顺序文件的区别在于索引文件主 文件不排序。
2.直接访问方式
直接访问方式又称为文件的随机存取，是磁盘文 件的访问方式，一般每次存取的单位是固定的， 称为块，块大小为512B、1024B或更大。 随机存取方式主要用于大批量信息的立即访问。 当有访问要求时，系统计算出信息所在文件中的 位置，然后设置文件读写指针，直接读取信息。
7.2 文件结构和文件系统
7.3 目录
目录的功能
●实现“按名存取” 实现“按名存取” ●提高对文件的检索速度 ●允许文件同名 ●文件共享
如何管理好我的文件? 如何管理好我的文件?
1.文件控制块和索引节点
●文件控制块（wenku.baidu.comCB） 文件控制块（ ）
学图书馆 做图书卡片！ 做图书卡片！
描述和控制文件的数据结构。 描述和控制文件的数据结构。 文件基本信息：文件名、物理位置和逻辑结构 存取控制信息：文件主、标准用户和一般用户 访问文件的权限 文件使用信息：文件的建立和修改时间，当前 使用信息
3. 索引顺序文件
年龄 18 19 20 21 …
指针 · · · · …
年龄 18 18 18 19 …
姓名 张红 王萧 王燕 李明 …
性别 女 男 女 男 … 主文件
学号 200224101 200324103 200324104 200324102 …
索引表
7.2.3 文件系统
文件系统是指含有大量的文件及其属性说明、 文件系统 对文件进行操纵和管理的软件，以及向用户提供 的使用文件的接口的集合。它主要由三部分组成： ● 实体——文件本身 ● 操作管理——有关文件操作过程 ● 接口——用户使用文件的接口
缓冲区 磁盘调度 磁盘I/O
文件 访问方法 记录操作
磁盘 空闲空间管理 存储空间分配
记录
物理块
（a）
（b）
3.常见的文件系统 FAT：最早用在MS-DOS中，后被用于windows NT、 windows 2000/XP中。 NTFS： windows NT、 windows 2000/XP中的文 件系统，安全性和可靠性比较好。 NFS：网络文件系统。 EXT2：Linux最常用的文件系统。
磁盘索引节点 指存放在磁盘上的i-node，磁盘上每一个文 件都有唯一的i-node，主要内容：
文件主标识 文件类型 文件存取权限 文件物理地址 文件长度 文件链接计数（共享） 文件存取时间
内存索引节点 当文件打开后，将磁盘上i-node拷贝到内存的 索引节点中，以便以后使用。 内存i-node主要内容：
适用于对不定长记录的访问，各个记录不必排序； 可以针对不同的关键字域相应建立多个索引表； 每个索引项有一个指向主文件中一个记录的指针 和该记录长度的两个数据项，索引项按照记录中 的某个关键字域进行排序。 索引文件的记录项通常较小，且定长，所以查找 速度快，便于随机访问
2.索引文件
索引号 0 1 长度m m0 m1 指针ptr . . …… …… i mi . Ri R0 R1
文件目录
设置文件目录的目的是为了实现对文件的集中管理， FCB的有序集合即文件目录。 文件目录能够实现文件名与文件物理位置的映射关系。
索引结点（UNIX系统使用）
设置索引节点的目的是为了提高文件检索的速度。 将文件名和文件描述信息分开，文件描述信息单独形成 一个数据结构称为索引节点。 文件目录的每个目录项由文件名和指向该文件对应的索 引节点指针组成。
文件逻辑结构
有结构文件：文件由记录组成 无结构文件：文件由字符流组成
按存取属性分类
可执行文件 只读文件 读/写文件
按文件中的数据形式分类
源文件：源程序和数据构成的文件 目标文件：编译后但未链接的目标代码文件 可执行文件：链接后的可执行文件
7.1.3 文件属性
文件的属性主要描述文件的元信息，如文件的 创建日期、长度、使用权限等，以方便文件系统管 理文件，常用的文件属性有：
3）目录操作
目录创建、目录删除、目录检索、目录打开和关闭
4.目录查询
1）查询文件的步骤： 利用用户提供的文件名，按目录查询，找 出FCB或索引节点。 根据FCB或索引节点中记录的盘块号，算 出文件的物理位置 启动磁盘，读文件至内存
2）查询算法： 线性检索算法 哈希检索算法 B+树
B树和B+树
1）B树的定义 B树是一种平衡的多分树，通常我们说m阶的B树，它必须满足 如下条件： 每个结点至多有m个子结点； 除根结点和叶结点外，其它每个结点至少有 个子结点； 若根结点不是叶子结点，则至少有两个子结点； 所有的叶结点在同一层； 有k个子结点的非根结点恰好包含k-1个关键码。 2）B树的查找 B树上的查找是一个顺指针查找结点和在结点内的关键码中查 找交叉进行的过程。从根结点开始，在结点包含的关键码中查找 给定的关键码，找到则查找成功；否则确定给定关键码可能在的 子树，重复上面的操作，直到查找成功或者指针为空为止。