操作系统第6章 文件管理(new)

综合举例-4
(1)假设盘块大小为1KB，硬盘分区的大小为 250MB，对应的FAT需要占用几个盘块？ 解：（1）硬盘分区的盘块数为 250MB/1KB=250K个，250K<256K， 一个FAT表项需要18bit，一般取4bit的整数倍 即20bit=2.5B， 则FAT需占用：250K*2.5B/1KB=625个盘块
3）FAT12存在的问题
对磁盘容量存在限制； 仅支持8+3格式的文件名。
2.FAT16
1）将FAT表项增至16位，则FAT表可登记 65536 (=216) 个簇； 2）每个簇的扇区数为4、8、16、32、64。 如果是64，则分区的最大空间为216 *64*512 =2048MB； 3）对分区容量的改善有限，如果增加簇的大 小，则使内部碎片增大； 4）不支持长文件名。
2.文件的“打开”和“关闭”操作
1）打开文件：将文件在磁盘上的目录项拷贝 到内存，形成索引节点，以便从内存读取 文件信息； 2）关闭文件：将文件的内存索引节点删除。
3.其他文件操作
1）对文件属性操作
2）对目录操作
6.2 文件逻辑结构
6.2.1 文件逻辑结构的类型 1.有结构文件
记录有定长和不定长两种 1）顺序文件：按某种顺序排列的定长文件 2）索引文件：按索引表查询的不定长文件 3）索引顺序文件：以上两者的结合
隐式链接示意
文件目录
文件名 始址 末址
0 4 8 12 1 10 2 5 6 3 7
jeep
9
25
9 16 10 25 11 13 14 18 22 15 19 23 27
16 1 17 20 24 21
25 -1 26
28
29
30
31
显式链接示意
FAT FCB abc …… 2 2、5、8、0
2）变长记录 设置读写指针 每个记录长度存于记录前的单元中 读写完毕后，将读写指针加上刚读或写 完的记录长度 Li
3.顺序文件的优缺点
对记录进行批量存取时，顺序文件的存取
效率是所有逻辑文件中最高的
只有顺序文件才能存储在磁带上并能有效
地工作
如果用户要求查找或修改单个记录时，顺
索引顺序文件
2.索引顺序文件的检索
利用用户提供的关键字以及某种查找方法 检索索引表，查找该组对应的表项 根据表项得该组第一个记录在主文件中的 位置 再利用顺序查找法查找主文件，在对应分 组中找到要求的记录 主文件记录数为N，则分组记录数为 N 时 查找效率最高
6.3 文件物理结构
重点和难点
1、文件和文件系统的概念；
2、文件的分类方式；
3、目录管理的基本思想；
4、文件的存取控制机制。
6.1 文件和文件系统
6.1.1 文件、记录和数据项 1.数据项
1）基本数据项：可以命名的最小数据单位， 包括数据名和数据类型两个属性 2）组合数据项：若干基本数据项的组合
2.记录
记录是一组相关数据项的集合，用于描述 一个对象某方面的属性 关键字是能够唯一标识一个记录的数据项
2.无结构文件
即流式文件，利用读写指针指出下一个 要访问的字符
6.2.2 顺序文件 1.逻辑记录的排序
1）串结构：记录的顺序与关键字无关，由存 储的先后顺序决定 2）顺序结构：所有记录按照关键字排列
2.顺序存取方法
1）定长记录
读指针Rptr
• 指向下一个记录的首地址 • 读完指针做相应修改：Rptr＝Rptr+L 写指针Wptr • 指向下一个要写的记录地址 • 写完指针做相应修改：Wptr＝Wptr+L 其中，L为定长记录的长度
各信息项之间具有顺序关系
0 1 …… i …… n-1
信息项 信息项 ……... 信息项 ……... 信息项
读写指针
3.文件
文件是具有文件名的一组相关信息的集合， 是文件系统中最大的数据单位。 ① 有结构文件：文件由若干相关记录组成 ② 无结构文件：看作字符流的集合 文件具有如下属性： ① 文件类型 ② 文件长度 ③ 文件的物理位置 ④ 文件的存取控制 ⑤ 文件的建立时间
序文件的性能可能很差
增加或删除一个记录较困难
8.2.3 索引文件
1.引入
对于定长记录文件，可随机获得第i个记录 相对于第一个记录首址的地址： Ai=i×L 对于变长度记录文件，须顺序查找每个记 录，从中获得相应记录的长度Li，按下式计 算第i个记录的首址：
2.索引文件的组织
为变长记录文件建立一张索引表 每个记录占一个表项，包括：索引号、记 录的长度、指向该记录的指针
（2）如果文件ABC占用硬盘的第5 、 2 、7、 10四个盘块，试画出文件ABC在FCB中的物 理地址以及FAT中的情况。
FCB ABC 5
2 3 4 5 6 7 8 9 ห้องสมุดไป่ตู้0
FAT
7
2 10
EOF
2）簇的基本概念 一个簇的大小为盘块的2n倍，FAT以簇为单位进行 登记； 对于同样大小的FAT表，当一个簇包含一个扇区时， 磁盘最大容量为8MB；当一个簇包含两个扇区时， 磁盘最大容量为16MB；当一个簇包含八个扇区时， 磁盘最大容量为64MB
0 1 2 3 4 5 6 7 8 n -1
5
8
0
整个系统一张：文件分配表FAT！
6.3.3 FAT和NTFS技术
1.FAT12
1）以盘块为基本分配单位
MS-DOS使用FAT12文件系统，将磁盘划分 为四个“卷”，即磁盘分区； 每个分区独立保存各自的目录文件、FAT表 和逻辑驱动器字母； 以盘块为分配单位。
3.索引文件的检索
根据用户提供的关键字，利用折半查找法 查索引表，找到相关表项 根据该表项中的指针值，访问该记录 增加新记录时，需要修改对应的索引表 索引文件的检索速度较快，但需要存储 索引表
6.2.4 索引顺序文件 1.索引顺序文件的组织
将顺序文件的所有记录分成若干组； 为顺序文件建立一张索引表 为每组的第一个记录建立一个索引项； 其中包含该记录的关键字值和记录指针
6.3.1 连续分配 1.基本思想
1）由一组相邻的物理块组成，是对记录式文
件取连续区分配而构成的文件
2）每个文件的目录项只需指出文件所占据的 起始块号和总块数即可
顺序文件示意
6.3.2 链接结构
1）将逻辑上连续的文件分散存放在若干不连 续的物理块中
2）每块有一个指针，指向其后续的物理块 3）隐式链接：文件目录项需记录文件的第一 个盘块号和最后一个块号 4）显式链接：文件目录项记录文件的第一个 盘块号，文件结束标志EOF保存在FAT中
3）文件的组织 以卷为单位，将卷中的所有文件信息、目录 信息以及可用空间信息，以文件记录的形式 记录在一张主控文件表MFT中； 卷中的每个文件、目录等在MFT中占一行， 每行固定大小1KB，作为文件的元数据； 每个元数据所对应的文件信息（包括文件内 容），组织在一组文件属性中； 超过1KB的部分，存放在其他簇中，通过指 针链接； 只被windows NT识别，不能向下兼容。
综合举例-2
最大磁盘容量的计算
假设文件系统采用FAT12文件格式，每个盘
块大小为512B，则FAT最大可以管理多大的
磁盘空间？
解：FAT表项为12位，故FAT表最多允许有
212=4096 个表项； 每个盘块为512B，则每个
磁盘分区的最大容量为4096*512B=2MB。
磁盘分为4个分区，则磁盘最大容量为8MB。
6.3.4 索引分配 1.引入
链接分配方式解决了连续分配所存在的问题， 但又出现了另外两个问题： (1) 不能支持高效的直接存取 (2) FAT需占用较大的内存空间
2.单级索引分配 1）将逻辑上连续的文件存放在物理上不连续 盘块中，系统为每个文件建立一张索引表， 将所有的盘块号存放在索引表中 2）第 i 个表项指向该文件的第 i 个盘块 3）文件目录项中记录该文件索引表所在的盘 块号 2.多级索引分配 将大文件的所有索引块(二级索引)的地址 放在另一个索引块(一级索引)中„„
第六章
文件管理
主要内容
6.1 文件和文件系统
6.2 文件的逻辑结构
6.3 文件的物理结构
6.4 目录管理
6.5 文件存储空间的管理
6.6 文件共享和保护
6.7 数据一致性控制
目的和要求
通过本章的学习，掌握文件和文件系 统的相关概念，理解按照逻辑结构和物理结 构对文件分类的意义及操作，理解文件目录 管理的主要功能，掌握文件共享和保护的实 现方法。
2.文件系统模型
1）对象及其属性 •文件 •目录 •磁盘存储空间 2）对对象操纵
用户(程序)
文件系统接口 对对象操纵和管理的软件集合 对象及其属性
和管理的软件集合
3）文件系统的接口 • 命令接口 • 程序接口
6.1.3 文件操作
1.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
4.NTFS
1）NTFS新特征 使用64位磁盘地址，支持264的磁盘分区； 支持长文件名，文件名小于 255 个字符， 路径名小于 32767 个字符； 具有系统容错功能； 提供了数据一致性功能； 提供了文件加密、压缩等功能。
2）磁盘的组织 以簇作为磁盘分配和回收的基本单位； 卷上簇的大小称为“卷因子”，由格式化命 令确定其大小； 对于簇的定位，采用逻辑簇号LCN和虚拟簇 号VCN： • LCN：以卷为单位，将整个卷中的簇按序编 号；地址映射时，用卷因子乘以LCN即可算 出物理字节偏移量； • VCN：以文件为单位，将属于某个文件的簇 按序编号。
多级索引示意