北京工业大学操作系统课OS5

记录的长度可变
• 将若干个逻辑记录打包（由用户程序或操作系统完成）再放 入物理记录中
• 逻辑记录大小、物理记录大小和打包技术决定了多少逻辑记
录可以放在每个物理块中。 • 文件的最后一个物理块中会有内部碎片。
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第五章
文件的物理结构/分配方法
• 即文件在物理存储器上的结构
• 连续分配
• 链表分配 • 带索引的链表分配
• 块特殊文件：用于表示磁盘
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过渡 TRANSITION PAGE
文件结构
• 文件逻辑结构 • 文件物理结构
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过渡 TRANSITION PAGE
文件结构
• 文件逻辑结构 • 文件物理结构
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第五章
文件逻辑结构
• 有结构文件
• 顺序文件 • 索引文件 • 索引顺序文件
文件 管理
• 有结构文件（记录式文件）和无结构文件（流式文件）
文件 管理 假设一个索引节点有10个直接地址 一个物理块为4K，可以放1K个地址
10个直接地址可以表示10*4K=40K 1个一级间接块里能存放1K个地址 可以表示1K*4K=4M 1个二级间接块里能存放1K*1K=1M个地址 可以表示1M*4K=4G 1个三级间接 块可以表示 多大空间？
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过渡 TRANSITION PAGE
索引顺序文件 若一个索引包含1,000个项目 共需要1,000个索引项 (1)平均500次访问找到一个关键字 (2)再用500次访问访问在主文件中找到 这个记录 (3)平均访问次数
500+500=1,000
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第五章
索引文件
• 为不同的关键字域使用 多重索引 • 可以包含一个穷举索引 为主文件的每一个记录
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第五章
SSTF（短服务时间优先）调度
• 选择满足需要磁臂从当
前位置移动距离最短的 I/O请求 • 经常选择最短的寻道时 间
文件 管理
• 如果两个方向上距离相
等，采取随机的策略选
择一个满足
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第五章
SCAN调度
• 磁臂向一个方向移动，
在途中满足所有没有 满足的请求，直到到 达这个方向的最后一 个磁道为止
1
目录
CONTENTS PAGE
磁 盘
1
文 件 概 述
2
文 件 结 构
3
文 件 存 取 方 式
4
5
6
7
8
目 录
文 件 目 录
外 存 空 间 管 理
文 件 系 统 的 使 用
可 靠 性 与 安 全 性
2
2
过渡 TRANSITION PAGE
磁盘
• 磁盘的结构与性能参数 • 磁盘调度算法
3
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过渡 TRANSITION PAGE
• 文件控制块（FCB）
文件 管理
• 为文件设置用于描述可控制文件的数据结构，包含了文件名
和各种属性
• 文件目录
• 文件控制块的有序集合
• 在打开文件时系统先查找目录文件，直到找到要打开文件的 文件名，然后从目录项中得到文件的属性和磁盘地址，放到 内存相应的表中。
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第五章
如何在目录中找到一个文件
• 包含用户要存储的信息，是ASCII文件或者二进制文件
文件 管理
• 普通文件、目录文件、字符特殊文件、块特殊文件
• ASCII文件由多行正文组成，可以显示和打印。可以用通用的文本编辑 器进行编辑。
• 二进制文件不用于显示和打印，有一定的内部结构
• 目录文件
• 保存磁盘文件系统结构，是系统文件。
• 字符特殊文件：用于表示字符设备
文件存取方式
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第五章
文件的存取放式/访问方法
• 文件存取类型有顺序存取、随机存取。
• 顺序存取
文件 管理
• 指用户只能从开始的地方顺序读文件的所有记录，不能跳过一些内 容。 • 主要用于磁带设备。
• 随机存取/直接访问/相对访问
• 指可以按任何次序读取记录。如按照关键字 • 主要用于磁盘设备。
• 文件控制块的有序集合
• 在打开文件时系统先查找目录文件，直到找到要打开文件的 文件名，然后从目录项中得到文件的属性和磁盘地址，放到 内存相应的表中。
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第五章
如何在目录中找到一个文件
• 查找文件的方法是在目录文件中顺序查找
文件 管理
• 这个查找过程是在内存中实现的
• 文件很少，目录文件很小，则容易实现 • 文件很多时，目录文件很长，占用大量内存，而每次比较时
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过渡 TRANSITION PAGE
文件目录
• 基本概念 • 目录结构
44
44
过渡 TRANSITION PAGE
文件目录
• 基本概念 • 目录结构
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第五章
文件控制块和文件目录
• 文件控制块（FCB）
文件 管理
• 为文件设置用于描述可控制文件的数据结构，包含了文件名
和各种属性
• 文件目录
的起始块号就可以找到文 件的全部块。 • MS-DOS使用这种方法
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第五章
实例2：索引节点
• 每个文件拥有一个i节点
• 直接地址
• 文件的开始几个磁盘地址
文件 管理
• 一级间接块
• 二级间接块
• 三级间接块
• UNIX系统中采用这种方法
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第五章
实例2：i节点文件地址结构
文件 管理
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第五章
文件 管理
建立一个项目
• 可以包含一个局部索引
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过渡 TRANSITION PAGE
文件结构
• 文件逻辑结构 • 文件物理结构
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32
第五章
存储结构/内部文件结构
• 磁盘存储文件的基本单位是扇区
文件 管理
• 磁盘的I/O是按块（物理记录）来执行的，所有的块都
是同样大小
• 逻辑记录与物理记录的长度不可能完全相等，且逻辑
文件 管理
• 缺点
• 数据分散，读文件时不能保证
一次读的都是有用的块。 • 合并
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第五章
带索引的链表分配
• 每个文件建立索引 • 保存文件各磁盘块 的顺序
文件 管理
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第五章
实例1：内存表
• 建立一个放在内存中的
文件 管理
内存表。
• 内存表以物理块为索引， 显示下一个物理块的块号。
• 目录项中只需要记录文件
的文件系统中，域可以是定长的，也可以是变长的。 • 记录：是相关域的集合。记录也可以是定长的，也可以是变
长的。
• 文件：是具有名字的一组相关记录的集合。
• 文件是一个单独的实体，也可以创建和删除。对于访问 的控制和限制通常是文件级的。
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第五章
文件命名
• 文件命名是管理文件的有效形式
• 当进程创建文件时给出文件名
文件 管理
• 在进程终止之后，文件名依然存在，其它进程可以通过这个 文件名对文件进行存取
• 具体命名规则在不同的系统中不同
• 很多操作系统采用圆点隔开的两部分文件名
• 圆点前面的是文件名 • 圆点后面的是扩展名，表示文件的一些信息。扩展名只是一 些约定，并没有强迫采用。
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第五章
文件属性
• 操作系统为管理文件为文件保存文件属性。
• 目录文件
• 保存磁盘文件系统结构，是系统文件。
• 字符特殊文件：用于表示字符设备
• 块特殊文件：用于表示磁盘
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第五章
文件类型
• 可执行文件 • 目标文件 • 源文件 • 批处理文件 • 库文件 • 打印或视图文件 • 档案文件 • 多媒体文件
文件 管理
• 文本文件
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第五章
文件分类
• 普通文件
• 无结构文件
• 流式文件，利用读写指针来指出下一个将要访问的位置
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第五章
顺序文件
• 每个记录有固定的格式
• 记录是等长的 • 所有记录的域都相同（顺序和长度） • 域名和长度都是文件的属性 • 有一个域是关键域
• 用于唯一确定一个记录
文件 管理
• 记录按照关键字的顺序存储 • 新记录被放在一个日志文件或者事务文件中 • 使用批修改来将日志文件和主文件合并
文件 管理
• 文件属性在不同的操作系统中有很大的差别，通常会有
• 文件保护：保护、口令、创建者、所有者等 • 各种标志：只读、隐藏、系统、存档等
• 方便查找：记录长度、关键字位置、关键字长度
• 文件的创立时间、最近访问时间、最近修改时间 • 文件的长度
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过渡 TRANSITION PAGE
文件概述
文件 管理
来自百度文库
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过渡 TRANSITION PAGE
文件概述
• 文件与文件系统 • 文件的分类
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过渡 TRANSITION PAGE
文件概述
• 文件与文件系统 • 文件的分类
15
15
第五章
为什么需要文件系统
• 系统要求对数据进行长期的存储
• 可以存储大量信息
• 在使用信息时，信息要存在 • 必须能使多个进程并发存取有关信息
• 索引节点（i节点）
文件 管理
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第五章
连续分配
• 文件作为连续数据块存储
文件 管理
在磁盘上
• 记录文件的开始盘块和文 件的长度
• 缺点
• 有外部碎片 • 紧凑 • 文件大小必须在文件创立 时提出
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第五章
链表分配
• 分配是以块为基础
• 每块有指向链中下一块的指针 • 记录开始块和结束块 • 是一种动态分配策略 • 没有外部碎片，适合于顺序文 件的顺序处理。
文件 管理
• 解决的方法是采用文件的形式来管理信息。主要包括对
文件的操作，如何分配存储空间，及相应的保护机制。
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第五章
文件系统
中对用户最可见的部分
文件 管理
• 处理文件的操作系统的部分称为文件系统，是操作系统
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第五章
文件的概念
• 是记录在外存上的具有名字的相关信息的集合
文件 管理
• 域：是数据的基本单位。有自己的长度和数据类型。在不同
• 磁头到达扇区开始位置的时间
• 根据磁盘转速(r/min)计算每转用时得到平均转动延迟
• 传送时间
• 实际传送数据的时间
• Tt=B/(RN)(B:每次读/写的字节数;R:旋转速度;N:每条磁道上的字节数)
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过渡 TRANSITION PAGE
磁盘调度
• 磁盘的结构与性能参数 • 磁盘调度算法
7
• 文件与文件系统 • 文件的分类
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第五章
文件分类
• 普通文件
• 包含用户要存储的信息，是ASCII文件或者二进制文件
文件 管理
• 普通文件、目录文件、字符特殊文件、块特殊文件
• ASCII文件由多行正文组成，可以显示和打印。可以用通用的文本编辑 器进行编辑。
• 二进制文件不用于显示和打印，有一定的内部结构
文件 管理
• 倒转服务方向
• 又称电梯算法
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第五章
C-SCAN调度
• 严格限制扫描只能向
一个方向 • 当已经到达一个方向 的最后一个磁道，磁 臂直接回到开始位置
文件 管理
重新开始扫描
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第五章
LOOK/C-LOOK调度
• 磁头只移动到一个方向上最远的请求为止
• SCANLOOK • C-SCANC-LOOK
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第五章
索引顺序文件
• 在顺序文件中引入索引
• 索引提供了一种快速接近目 标记录的查找能力 字值的最大的索引
文件 管理
• 查找等于或者小于期望关键
• 包含一个关键字域和一个指
向主文件的指针
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第五章
文件 管理 一个文件包含了1,000,000的记录
顺序文件
平均要500,000次 访问可以找到一个 记录
• 查找文件的方法是在目录文件中顺序查找
• 这个查找过程是在内存中实现的。
• 文件很少，目录文件很小，则容易实现；
文件 管理
• 文件很多时，目录文件很长，占用大量内存，而每次比较时
只用文件名，其它信息都要等目录项找到后才关心。
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第五章
目录结构
• 目录的实现方法有3种
• 单级目录结构
• 两级目录结构 • 树型目录结构
文件 管理
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第五章
单级目录结构
磁盘
• 磁盘的结构与性能参数 • 磁盘调度算法
4
4
第五章
磁盘结构
• 软盘
• 磁道 • 扇区
文件 管理 • 硬盘
• 柱面 • 磁道
• 扇区
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第五章
磁盘性能参数
• 磁盘访问时间
• 寻道时间Ts
• 用于把磁头放到指定磁道的时间
文件 管理
• Ts=m×n+S（m是一个与磁盘驱动器的速度有关的常数）
• 旋转延迟Tr
• 把文件的描述信息单独形成一个称为索引节点的数据结构，
简称为i节点 • 文件目录中的每个目录项中只有文件名和指向该文件i节点
的指针。
• 节省了平均启动磁盘的次数，提高了效率。
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第五章
索引节点
文件 管理
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过渡 TRANSITION PAGE
文件目录
• 基本概念 • 目录结构
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第五章
文件控制块和文件目录
只用文件名，其它信息都要等目录项找到后才关心
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第五章
若要找一个名为 bbb.s的文件
目录文件读入内存
文件 管理
在文件名中找“bbb.s” 读出bbb.s的所有属性 为什么要读进其他文件 的属性？其实我只关心 bbb.s的文件属性……
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第五章
索引节点的引入
• 一些系统采用索引节点的方法
文件 管理
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第五章
为什么要进行磁盘调度
• 寻道时间是磁盘设备之间性能不同的主要原因
• 一个磁盘可以有多个 I/O 请求 • 如果随机选择请求进行满足，性能最低
文件 管理
• 希望能找到一种调度策略来以最高的效率满足这些I/O请求
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第五章
FCFS调度
• 进程顺序提出请求，对所有进程都是公平的
文件 管理
• 如果进程过多在性能上与随机调度区别不大