第6章 文件管理

顺序结构：指文件中的所有记录按关键字(词)排列。可 以按关键词的长短从小到大排序，也可以从大到小排序 ；或按其英文字母顺序排序。 对比：顺序结构的文件可利用某种有效的查找算法来提
高检索速度。
8
6.2 文件的逻辑结构
对顺序文件(Sequential File)的读/写操作
图 6-3 定长和变长记录文件
连续分配方式 链接分配方式 顺序式的文件结构
链接式的文件结构
索引式的文件结构
19
索引分配方式
6.3 外存分配方式
顺序式文件结构 如何放？要求为每一个文件分配一组相邻接的盘块。
磁盘(32个盘块)
file1
0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 3 7 11
命令接口 程序接口
对象：文件、目 录和磁盘空间
文件管理 的核心
？用户如何将信息组织成文件呢 图 6-2 文件系统模型
5
6.2 文件的逻辑结构
对于任何一个文件，都存在着以下两种形式的结构：
文件的逻辑结构(File Logical Structure)：这是从用 户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以 直接处理的数据及其结构，它独立于文件的物理特 性，又称为文件组织（File Organization）。
又称为记录式文件。
根据记录长度：定长记录和变长记录 根据记录的组织方式：顺序文件、索引文件和索引顺序 文件
无结构文件：指由字符流构成的文件，故又称为流
式文件。
7
6.2 文件的逻辑结构
顺序文件
逻辑记录顺序
串结构：各记录之间的顺序与关键字无关。 通常的办法 是由时间来决定，即按存入时间的先后排列， 最先存入 的记录作为第一个记录，其次存入的为第二个记录， …… 依此类推。
0 4 8 12 16 1 20 24 28
file
1 10 5 2 6 3 7
start 9
end 25
file1
9 16 10 25 11 13 17 21 14 18 22 15 19 23 27 31
25 -1 26 29 30
存在的问题： 只适合于顺序访问； 随机访问效率低； 链接指针可靠性差。
file4
5 9 13 17 21 25 29
file2
10 14 18 22 26 30
6
不要求为整个文件分配一块 连续的空间，而是可以将文 件装到多个离散的盘块中。 可消除外部碎片，显著提 高外存空间的利用率； 方便文件的增、删、改。
file3
15 19 23 27 31
如何使系统找到文件存 放的位置呢？
-
索引分配方式支持直接访问。当要 读文件的第i个盘块时，可以方便 地直接从索引块中找到第 i个盘块 主要问题：可能要花费较多 的盘块号。不会产生外部碎片。
9 16 1 10 25 －1 －1 －1
的外存空间。
27
6.3 外存分配方式
如果OS为一个大文件分配磁盘空间，而一个索引块 装不下为该文件分配的所有盘块号，怎么办？ 可以为该文件再分配另一个索引块或者多个索引块， 将盘块号记录于其中。
文件的物理结构， 又称为文件的存储结构， 是指文 件在外存上的存储组织形式。 不仅与存储介质的存 储性能有关，而且与所采用的外存分配方式有关。
对文件逻辑结构的基本要求：提高检索速度；便于 修改；降低文件的存储费用。
6
6.2 文件的逻辑结构
文件逻辑结构的类型
有结构文件：指由一个以上的记录构成的文件，故
图 6-8 磁盘空间的链接式分配
23
6.3 外存分配方式
链接分配——显式链接
将链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接 表（文件分配表，FAT）中。FAT表在整个磁盘仅设置一张。
FCB
属于该文件 的第一个盘 块号
物理块号 0
表的序号即 物理盘块号
FAT
2
1 2
EOF
每个表项中存放 链接指针，即下 一个盘块号。
17
6.2 文件的逻辑结构
目录表
Hash 函数 f 键值
图 6-6 Hash文件的逻辑结构
18
6.3 外存分配方式
在为文件分配外存空间时所要考虑的主要问题是： 怎样才能有效地利用外存空间 ——放 如何提高对文件的访问速度 ——找 目前，常用的外存分配方法有连续分配、链接分配 和索引分配三种。 文件的物理结构直接与外存分配方式有关。在采用 不同的分配方式时，将形成不同的文件物理结构。
必须事先知道文件的长度且不易进 行文件的扩充。
File4 8个盘块的长度 如何使系统找到文件存放
的地址呢？
20
图 6-7 磁盘空间的连续分配
6.3 外存分配方式
链接分配
磁盘(32个盘块)
file1
0 4 8 12 16 20 24 28 1 2 3 7 11
如何放？
file1 file2 file3 file4
6.3 外存分配方式
索引分配
事实上，在打开某个文件时，只需把该文件占用的盘块的编号 调入内存即可，完全没有必要将整个FAT调入内存。为此，应 将每个文件所对应的盘块号集中地放在一起。索引分配方法就 是基于这种想法所形成的一种分配方法。
索引分配方式为每个文件分配一个索引块（表），用于存放该 文件所对应的所有盘块号，因而该索引块就是一个含有许多盘 块号的数组。 在建立文件时只需在为之建立的目录项中填上指向该索引块的 指针即可。
多个索引块之间应组织呢？
可以通过链接指针将这些索引块链起来；也可以为 这些索引块再建立一级索引，将以上多个索引块所 在的盘块号填入此索引表中，从而形成两级索引。 想想，哪种方式更高效？
28
6.3 外存分配方式
索引分配——多级索引分配
第二级索引 主索引 3 60 7 40 3 60 1 05 1 06 2 54 磁盘空间 0 1 2
按用途分类:系统文件、用户文件和库文件。 按文件中数据的形式分类:源文件、目标文件和可执行文件。 按存取控制属性分类:只执行文件、只读文件和读写文件。 按组织形式和处理方式分类:普通文件、目录文件和特殊文件 。
4
文件类型
6.1 文件和文件系统
文件系统和文件系统模型
文件系统：是操作系统中负责管理和存取文件的程序 模块。它是由管理文件所需的数据结构（如文件控制 块、存储分配表）和相应的管理软件以及访问文件的 一组操 行，所以可显著提高检索速度， 4 且大大减少访问磁盘次数。 5 存在的问题： 不能支持高效的直接存取； FAT需占用较大的内存空间。
5 1
图 6-9 显式链接结构
24
6.3 外存分配方式
操作系统实例
FCB A FAT 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 6 EOF 11
11
i 1
6.2 文件的逻辑结构
索引文件
索引号
0 1
长度L
L0 L1
指针ptr
R0 R1 „
L0 L1
…
i Li
Ri „
Li
…
索引表
图 6-4 索引文件的组织
逻辑文件
优点：可以实现变长记录的快速直接访问。 缺点：索引表需要额外的系统空间开销，且每个记录都要有 一个索引项，因此提高了存储费用。
Rptr:=Rptr+L Wptr:=Wptr+L
Rptr:=Rptr+Li+1 Wptr:=Wptr+Li+1
顺序访问
9
6.2 文件的逻辑结构
顺序文件的优缺点
优点：管理简单，系统开销小；适用于大批量数据 的存取，此时顺序文件的存取效率是所有逻辑文件 中最高的；顺序文件是唯一的一种同时适合在磁盘
第六章 文件管理 本章主要内容
6.1 文件和文件系统 理解相关概念 6.2 文件的逻辑结构 6.3 外存分配方式 6.5 文件存储空间的管理 理解文件的目 6.4 目录管理 录结构和文件 6.6 文件共享与文件保护 共享的方法 了解文件保护方式
1
重点
6.1 文件和文件系统
文件的定义
文件是指由创建者所定义的、 具有文件名的一组相关元 素的集合。可分为无结构文件和有结构文件两种。 记录
连续分配
file1 file2
file2
10 14 18 22 26 30
file3
file3
15 19 23 27 31
目 录 优点： start length file 顺序访问容易； 0 5 file1 顺序访问速度快。 10 6 file2 缺点： 19 7 file3 要求有连续的存储空间，有碎片；
26
6.3 外存分配方式
索引分配——单级索引分配
目录
图 6 11 索 引 分 配 方 式
cou nt 0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 10 14 18 22 26 30 3 7 11 15 19 23 27 31 19
file jeep
块序号 19
图 6 1 05 7 40 1 06 12 3 56 3 57 两 2 54 级 1 12 5 索 引 1 12 5 分 示例：如果每个盘块的大小为1KB时，每个盘块号占 3 56 4个字节，则 3 57 配 1KB/4=256 在一个索引块中可以存放 ?9 85 个盘块号。这样，在两级索 256*256=64K 引时，最多可包含的存放文件的盘块的盘块号总数为： ? 9 85 个盘块号。由此可知，采用两级索引时，所允许的文件最大长度 为 64K*1KB=64MB ? 。
13
6.2 文件的逻辑结构