计算机操作系统文件管理

6.1.3 文件操作
1、最基本的文件操作 (1) 创建文件 (2) 删除文件 (3) 读文件 (4) 写文件 (5) 截断文件 (6) 设置文件的读/写位置
7
第六章 文件管理
6.1.3 文件操作
2、文件的操作功能
对整体文件而言： （1）打开（open) （2）关闭（close) （3）建立 (create) （4）撤消（destory) （5）复制（copy) （6）改变文件名（rename) （7）显示文件内容（list)
6.4 目 录 管 理
(1) 实现“按名存取”； (2) 提高对目录的检索速度； (3) 文件共享； (4) 允许文件重名。
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第六章 文件管理
6.4.1 文件控制块和索引结点
1、文件控制块 （1）基本信息类
① 文件名 ；
③ 文件逻辑结构 ；
② 文件物理位置 ； ④ 文件的物理结构；
（2）存取控制信息类
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第六章 文件管理
6.2.3 索引文件
索引号 0 1
长度 m
m0 m1
指针 pt r
…
i
mi
…
索引表
图 6-4 索引文件的组织
…
…
R0 R1
Ri
逻辑文件
14
第六章 文件管理
6.2.4 索引顺序文件
键 An Qi Bao Rong Chen Lin
逻辑 地址
姓名 An Qi An Kang
其它 属性
3
第六章 文件管理
6.1.1 文件、记录和数据项
(1) 文件类型 (2) 文件长度 (3) 物理位置 (4) 建立时间
记录 1
文件
记录 2
…
记录 n
数据项 1 数据项 2
…
数据项 n
图 6-1 文件、 记录和数据项之间的层次关系
4
第六章 文件管理
6.1.2 文件类型和文件系统模型
1、 1) 按用途分类 (1) 系统文件 (2) 用户文件
single indirect double indirect triple indirect
… …
3、 混合索引分配方式
data
data
（1）直接地址
data
（2）一次间接地址
data
（3）多次间接地址
data data
…
data data
…
data
…
图 6-14 混合索引方式
data
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第六章 文件管理
2A B D
67 5A C
3F E D
4G A 89
10
11
a
12 J N
15
16
K
13 J M K
b 17
18 19
14 A H F 20 21
图 6-19 多级目录结构
33
第六章 文件管理
6.4.3 目录查询技术
1、线性检索法
2、Hash方法
图 6-20 查找/usr/ast/mbox的步骤 34
第六章 文件管理
6.3 外存分配方式 6.3.1 连续分配
顺序文件
为每个文件分配一组邻接的磁盘块。
优点： * 顺序访问容易；
* 顺序访问速度较快； 缺点：
* 要求具有较多的连续存储空间；
* 文件的长度事先确定，不便增长；
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第六章 文件管理
6.3.1 连续分配
目录
file start length count 0 2
目录
file start end jeep 9 25
图 6-8 磁盘空间的链接式分配 21
第六章 文件管理
6.3.2 链接分配
2、显式链接
FCB
2
物理块号
FAT
0
1
0
2
4
3
4
5
5
1
图 6-9 显式链接结构
22
第六章 文件管理
2、显式链接
FCB A
4
FCB B 9
FAT
0
1
2
3
6
4
EOF
5
11
6
7
Zhang用户目录
Report Test
Alpha Test
Report Test
（1）提高了目录检索速度； （2）允许文件同名； （3）方便文件共享。
Gao用户目录
Beta Device Misx
Beta Device
Misx
图 6-18 两级目录结构
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第六章 文件管理
3、多级目录结构
1A B C
图 6-3 定长和变长记录文件
12
6.2.3 索引文件
索引文件为每个文件建立一张索引表，其中每一个表 目指出文件中记录所在的物理块号。
索引式文件组织，便于随机存取文件中的一个记录， 是随机文件的一种。
优、缺点： （1）外存利用率高； （2）文件可动态增长，可顺序、直接访问； （3）访问两次辅存，索引表浪费空间。
优点： * 消除了外存碎片，提高了外存空间的利用
率；
* 利于文件的动态增长，便于文件的增、删、 修改等操作。
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第六章 文件管理
6.3.2 链接分配
链接文件
1、隐式链接： 文件目录中每个目录项（FCB）都存放指向
链接文件的首尾盘块的指针。
* 利于文件顺序操作，不便于随机访问。
2、显示链接： 把用于链接文件各物理块的指针，显示的存
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第六章 文件管理
6.5.2 位示法 1、位示图 利用二进制的一位来表示磁盘中一个块的使用情 况。0：盘块空闲，1：盘块已分配
通常位示图可用 m*n 位数来构成；也可以用 二维数组map[i,j]来表示。
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第六章 文件管理
6.5.2 位示法 2、盘块的分配：
* 扫描位示图，找到“0”位：map[i,j]=0 * 转换成盘块号：b=n(i-1)+j * 分配，修改位示图： map[i,j]=1
计算机操作系统文件管理
1
第六章 文件管理
第六章 文件管理
文件系统的功能：
* 用户可执行创建、修改、删除读写文件的命令； * 用户能以合适的方式构造他的文件； * 用户能在系统的控制下，共享其他用户的文件； * 允许用户用符号名访问文件； * 系统应有转存和恢复文件的能力，以防止意外 事故的发生； * 系统应提供可靠保护及保密措施。
第六章 文件管理
6.5 文件存储空间的管理
6.5.1 空闲表法和空闲链表法 1、空闲表法
分配算法： * 首次适应算法 * 循环首次适应算法 * 最佳适应算法 * 最差适应算法
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第六章 文件管理
6.5.1 空闲表法和空闲链表法 2、空闲链表法：
（1）空闲盘块链： （2）空闲盘区链：
* 回收合并算法
file 块序号
0
1
2
3
jeep
19
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 18
19
20
21 22
23
24 28
25 29
26 30
27 31
9
16
1
19
10 25
1
1
Hale Waihona Puke Baidu
1
图 6-12 索引分配方式
25
第六章 文件管理
2、 多级索引分配
主索引 360 740
1125
…
第二级索引 360 105 106 254
40
第六章 文件管理
6.6.1 基于索引节点的共享方式
根目录
A
B
C
A
B
B
B
C
C
B
C
C
?
C
CC
图 6-24 包含有共享文件的文件系统
41
tr 14 3 mail 19 6 list 28 4
f6 2
count
0
1
4
5
8
9
12
13
16
17
20
21
24
25
list
28
29
2
3
f
6
7
10
11
tr
14
15 mail
18
19
22
23
26
27
30
31
图 6-7 磁盘空间的连续分配
18
第六章 文件管理
6.3.2 链接分配
链接文件
文件存储在由链接指针连接的多个离散的 磁盘块中。
(3)
2) 按文件中数据的形式分类 (1) 源文件 (2) 目标文件 (3) 可执行文件
3) 按存取控制属性 (1) 只执行文件 (2) 只读文件 (3) 读写文件
4） 按组织形式分类 （1）普通文件 （2）目录文件 （3）特殊文件
5
第六章 文件管理
2、 文件系统模型
图 6-2 文件系统模型
6
第六章 文件管理
Bao Rong
…
图 6-5 索引顺序文件
逻辑 文件
15
第六章 文件管理
6.2.5 直接文件和哈希文件
1、直接文件 根据给定的记录键值，直接获
得指定记录的物理地址，记录键值本 身就决定了记录的物理地址。
2、 哈希(Hash)文件 Hash 函数
f 键值
目录表
图 6-6 Hash文件的逻辑结构 16
2
第六章 文件管理
6.1 文件和文件系统
6.1.1 文件、记录和数据项 数据项：用于描述一个对象的某种属性的字符集。 记录：一组描述一个对象某方面属性的相关数据
项的集合。 文件：是由创建者所定义的，具有符号名的一组
相关联元素的有序序列，可分为有结构文件和无结构 文件。
文件系统：指负责存取和管理辅助存储器上文件信 息的机构
30
第六章 文件管理
6.4.2 目录结构
1、 单级目录结构
文件名 文件名1 文件名2
……
物理地址
文件说明
（1） 查找速度慢 （2） 不允许重名 （3） 不便于实现文件共享
状态位
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第六章 文件管理
2、 两级目录
用户名 Wang Zhang Gao
指向子目录指针
Wang用户目录
Alpha Test
740 356 357
…
…
1125
图 6-13 两级索引分配
985
…
…
…
…
…
磁盘空间 0 1 2
105 106
254
356 357
985
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第六章 文件管理
mode owners(2) time stamps(3)
size block count
i.addr(0) i.addr(1) direct blocks
11
第六章 文件管理
6.2.2 顺序文件
R0 R1 R2 R3
Rpt r Ri
…
0
L
L0
L L
R0
2L L
3L
L1 R1
L
4L
Wp tr
L
Li
L (i＋ 1)L
Ri
…
0
L0
L0＋ 1
L1
L0＋ L1＋ 2
i－ 1
k＝∑0(Lk＋ 1)
Li
i
k＝∑0(Lk＋ 1)
…
…
(a) 定长记录文件
(b) 变长记录文件
文件逻辑结构的要求：提高检索效率、便于修 改、降低文件的存储费用。
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，与存储介质的存 储性能有关。（顺序、链接、索引）
9
第六章 文件管理
6.2.1 文件逻辑结构的类型
1、有结构文件 （1）定长记录 （2）变长记录 （a）顺序文件 （b）索引文件 （c）索引顺序文件
放在一张链接表中；整个磁盘一张，即文件分配表 （FAT）。
* FAT需占用较大内存空间。
20
第六章 文件管理
6.3.2 链接分配
1、 隐式链接
0 4 8 12 16 1 20 24 28
1 10 2
3
5
6
7
9 16 10 25 11
13
14
15
17
18
19
21
22
23
25 -1 26
27
29
30
31
（3）使用信息类
文 扩属 件展 名 名性
备 用
时 间
日 期
第 一
块 号
盘 块 数
图 6-15 MS-DOS的文件控制块
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第六章 文件管理
2、 索引结点 （1）磁盘索引结点 ➢ 文件主标识符 ➢ 文件类型 ➢ 文件存取权限 ➢ 文件物理地址 ➢ 文件长度 ➢ 文件连接计数 ➢ 文件存取时间
（2）内存索引结点 ➢ 索引结点编号 ➢ 状态 ➢ 访问计数 ➢ 逻辑设备号 ➢ 链接指针
对文件中的数据项而言： （1）读（read） （2）写（write） （3）修改（update） （4）插入（Insert） （5）删除（delete）
8
第六章 文件管理
6.2 文件的逻辑结构
文件的逻辑结构：是从用户的观点出发，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，它独立于物理特性。
8
10
9
5
EOF
图 6-10 MS-DOS的文件物理结构
23
6.3.3 索引分配
索引文件
为每个文件分配一个索引块（表），记录该文 件的所有盘块的指针。
优点：
* 支持直接访问； * 不会产生外部碎片； * 支持多级索引。
（1）单级索引
（2）多级索引
（3）混合索引
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第六章 文件管理
1、
目录
count
3、盘块的回收：
* 转换成行号：i=(b-1) DIV n+1 j=(b-1) MOD n+1
* 回收，修改位示图： map[i,j]=0
38
… … … … …
第六章 文件管理
6.5.3 成组链接法
100
400
空闲盘块号
399
301 S.free 100
0 300 300
1 299
100
99
0
7999
…
7901
400
7900
…
98 202 99 201
299
399
7899
…
201
301
7801
图 6-23 空闲盘块的成组链接法
7999 7901
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第六章 文件管理
6.6 文件共享与文件保护
文件共享与文件保护是文件系统中的一个重要问题， 共享性与安全性是一个问题的两方面。
文件共享：是指在不同用户之间共同使用某些文件。 （1）是完成共同的任务的必需； （2）能节省大量辅存空间和主存空间； （3）减少输入/输出操作； （4）节省用户的劳动，减少重复开发。
2、 即流式文件，如：源程序、 可执行文件、 库
函数等， 采用指针来进行读写定位。
10
第六章 文件管理
6.2.2 顺序文件
指由一系列记录，按某种顺序排列所形成的文件。
对于顺序文件，知道了当前记录的地址，就能很方 便放入确定一个要存取记录的地址。
优、缺点： （1）管理简单、顺序存取速度快； （2）修改记录困难、要求连续存储空间； （3）必须事先知道文件的长度。