第六章 计算机操作系统文件管理

Rptr Rptr L
R0 R1 R2 R3 L L L L
0 L 2L 3L 4L Wptr iL (i+1)L
Wptr Wptr Li 1
L0 R0 L1 R1 1 L0 1 L1
0 L0+1 L0+L1+2
i-1 k=0 i
…
…
Rptr
Ri
L
Li Ri
1 Li
∑(L k+1)
记录号 1 2 学号 001 003 姓名 赵 钱 性别 男 女 出生时间 1965.8.1 1971.6.17
3
4 5
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004
005 006 007
孙
李 周 吴
男
男 女 男
1980.12.11
1983.4.15 1976.2.10 1977.11.12
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2.对顺序文件(Sequential File)的读/写操作
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L
R0 ...
L
Ri (a) ...
L
Rn
1 L0
L0 R0
1 L1
1 ... Li
Li Ri (b)
1 ... Ln
Ln Rn
图 记录式文件 (a)定长记录文件; (b)变长记录文件
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3、两种文件的比较 流式文件就像给一张白纸给用户,用户可将他的信息任意 地写到纸上,没有任何格式上的限制。 记录式文件就像给一张表格给用户,用户要按表规定的格 式填信息。 显然,有结构式文件对用户的限制很大,使用起来就不方 便,在UNIX系统中,所有的文件都被看作是流式文件,即使 是有结构文件,也被视为流式文件。
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(3)文件系统的接口 为方便用户使用文件系统,文件系统通常向用户提供 两种类型的接口: ①命令接口。这是指作为用户与文件系统交互的接 口。 用户可通过键盘终端键入命令 , 取得文件系统的服 务。
②程序接口。这是指作为用户程序与文件系统的接
口。 用户程序可通过系统调用来取得文件系统的服务。
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对于一个文件存在着以下两种形式的结构 (1)文件的逻辑结构(File Logical Structure) 从用户观点看到的文件组织形式,独立于文件的物理 特性 又称为文件组织(File Organization) (2)文件的物理结构 又称为文件的存储结构,指文件在外存上的存储组织 形式 对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
学院: 计算机与信息技术学院 教师: 刘贤梅
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在现代计算机系统中,用到大量的程序和数据,由于内存容 量和存储特性的限制,这些内容必须以文件的形式保存在 外存 操作系统必须提供对外存的文件管理的功能,即构成文件 系统 操作系统中包括文件管理、文件存取、共享和文件保护 文件是具有文件名的若干相关元素的集合 文件系统的管理功能是通过把它所管理的程序和数据组织 成一系列文件的方法来实现的
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Hale Waihona Puke Baidu
6.2.1 文件逻辑结构的类型
1.有结构文件(又称记录式文件) 按记录长度分 (1)定长记录 (2)变长记录 根据用户和系统管理需要分 (1)顺序文件 (2)索引文件 (3)索引顺序文件 2.无结构文件 流式文件其长度以字节为单位 采用读写指针来指出下一个要访问的字符 如源程序、可执行文件、库函数等
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6.1 文件和文件系统
6.1.1 文件、记录和数据项 6.1.2 文件类型和文件系统模型 6.1.3 文件操作
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6.1.2 文件类型和文件系统模型
1.文件类型 (1)按用途分类 系统文件 有关操作系统及其它系统程序的信息所组成的 文件。这类文件对用户不直接开放,只能通过系统 调用为用户服务。 用户文件 由用户委托操作系统保存的文件,如源程序文 件,目标程序文件,以及由原始数据、计算结果等组 成的文件。 库文件 由标准子程序及常用的应用程序组成的文件。 这类文件允许用户调用,但不允许用户修改。
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6.1.1 文件、记录和数据项
1.数据项 (1)基本数据项 用于描述一个对象的属性的字符集,是数据组织中 可以命名的最小逻辑数据单位,即原子数据,又称为 数据元素或字段 如描述一个学生:学号、姓名、年龄、班级 (2)组合数据项 由若干个基本数据项组成,简称组项 如工资包括基本工资、工龄工资、奖金等 基本数据项除数据名外,还应有数据类型
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6.1.2 文件类型和文件系统模型
1.文件类型 (1)… (2)按文件中数据的形式分类 源文件 目标文件 可执行文件 (3)按存取控制属性分类 只执行文件 只读文件 允许文件主及核准的用户读,但不允许写的文件。 读写文件 允许文件主及核准的用户读、写,但禁止未核准 的用户读、写的文件。
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6.2 文件的逻辑结构
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 文件逻辑结构的类型 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件和哈希文件
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6.2.3 索引文件
对定长记录文件,如果要查找第i个记录, 可直接根据下式 计算来获得第i个记录相对于第一个记录首址的地址
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6.2 文件的逻辑结构
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 文件逻辑结构的类型 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件和哈希文件
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6.2.2 顺序文件
1.逻辑记录的排序 (1)串结构 各记录之间的顺序与关键字无关 通常由时间来决定 存在问题 (2)顺序结构 文件中的所有记录按关键字(词)排列
Ai=i×L
对于可变长度记录的文件,要查找其第i个记录时,须首先 计算出该记录的首地址,Li为第i个记录长度
i 1
Ai Li i
i 0
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索引号 0 1
长度m m0 m1
指针ptr
R0 R1
...
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...
i mi
Ri
...
...
索引表
图6-4 索引文件的组织
6.3 外存分配方式
6.4 目录管理
6.5 文件存储空间的管理
6.6 文件共享与文件保护 6.7 数据一致性控制(了解)
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6.2 文件的逻辑结构
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 文件逻辑结构的类型 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件和哈希文件
逻辑文件
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6.2 文件的逻辑结构
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 文件逻辑结构的类型 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件和哈希文件
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6.2.4 索引顺序文件
索引顺序文件(Index Sequential File)是最常见的一种 逻辑文件组织形式,是顺序文件与索引文件的结合 克服了变长记录文件不便于直接存取的缺点,代价也不太 大 将顺序文件中的所有记录分为若干个组,为每组中的第一 个记录建立索引项,其中含有该记录的键值及指向该记录 的指针
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3.文件 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 可分为有结构文件和无结构文件 有结构文件由若干个相关记录组成,如上例中学生
文件
无结构文件则被看成是一个字符流,如C语言源程序 文件在文件系统中是一个最大的数据单位,它描述了一 个对象集 例如,可以将一个班的学生记录作为一个文件 一个文件必须要有一个文件名,它通常是由一串ASCII 码或(和)汉字构成
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2.文件的“打开”和“关闭”操作 所谓“打开”OPEN,是指系统将指名文件的属性从外存 拷贝到内存打开文件表的一个表目中,并将该表目的编 号(或称为索引)返回给用户 当用户再要求对该文件进行相应的操作时,便可利用系 统所返回的索引号向系统提出操作请求。系统这时便 可直接利用该索引号到打开文件表中去查找,从而避免 了对该文件的再次检索 “关闭”(CLOSE)系统调用来关闭此文件,OS将会把该 文件从打开文件表中的表目上删除掉
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键 An Qi Bao Rong Chen Lin
逻辑地址
姓 名 An Qi An Kang
其它属性
Bao Rong
…
逻辑文件
图6-5 索引顺序文件
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6.2 文件的逻辑结构
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 文件逻辑结构的类型 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件和哈希文件
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3.其它文件操作 (1)文件属性操作 改变文件名 改变拥有者 修改权限 查询状态 (2)有关目录操作 创建目录 删除目录 改变当前目录 (3)实现文件共享的系统调用 (4)用于对文件系统进行操作的系统调用
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内容概述
6.1 文件和文件系统
6.2 文件的逻辑结构
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6.1 文件和文件系统
6.1.1 文件、记录和数据项 6.1.2 文件类型和文件系统模型 6.1.3 文件操作
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6.1.3 文件操作
最基本的文件操作 (1)创建文件。 分配必要的外存空间,在文件系统的目录中建立一个目录项。 (2)删除文件。 从目录中删除该目录项,回收存储空间。 (3)读文件。 查找到指定的目录项,从外存读文件到内存。 (4)写文件。 查找到指定的目录项,进行写操作。 (5)截断文件。 文件内容陈旧要更新,一:删除,重新建立。二:文件长度设 成0。 (6)设置文件的读/写位置。 用于设置指针位置。
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内容概述
6.1 文件和文件系统
6.2 文件的逻辑结构
6.3 外存分配方式
6.4 目录管理
6.5 文件存储空间的管理
6.6 文件共享与文件保护 6.7 数据一致性控制(了解)
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6.1 文件和文件系统
6.1.1 文件、记录和数据项 6.1.2 文件类型和文件系统模型 6.1.3 文件操作
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2.记录 记录是一组相关数据项的集合,用于描述一个对象在某 方面的属性 一个记录应包含哪些数据项,取决于需要描述对象的哪 个方面 一个对象,由于他所处的环境不同可把他作为不同的对 象 一个学生,当把他作为班上的一名学生时,对他的描 述应使用学号、姓名、年龄及所在系班,也可能还 包括他所学过的课程的名称、成绩等数据项 若把学生作为一个医疗对象时,对他描述的数据项 则应使用诸如病历号、姓名、性别、出生年月、身 高、体重、血压及病史等项 能惟一标识一个记录的数据项称为关键字(key)
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(1)… (2)对对象操纵和管理的软件集合 这是文件管理系统的核心部分。文件系统的功能 大多是在这一层实现的,完成: 对文件存储空间的管理 对文件目录的管理 用于将文件的逻辑地址转换为物理地址的机制 对文件读和写的管理 对文件的共享与保护等功能
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2.文件系统模型 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(对象:文件、目录、 磁盘存储空间)
图6-2 文件系统模型
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(1)对象及其属性 文件管理系统管理的对象有: ①文件。 它作为文件管理的直接对象。 ②目录。 为了方便用户对文件的存取和检索,在文件系统 中必须配置目录。对目录的组织和管理是方便用户和 提高对文件存取速度的关键。 ③磁盘(磁带)存储空间。 文件和目录必定占用存储空间,对这部分空间的 有效管理,不仅能提高外存的利用率,而且能提高对文 件的存取速度。
(L
∑(L k+1)
(L
k=0
(a) 定长记录文件
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(b)变长记录文件
图6-3 定长和变长记录文件
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…
3.顺序文件的优缺点 优点 顺序文件的最佳应用场合,是在对诸记录进行批量存取 时, 即每次要读或写一大批记录 只有顺序文件才能存储在磁带上, 并能有效地工作 缺点 如果用户(程序)要求查找或修改单个记录, 顺序文件所 表现出来的性能就可能很差(顺序查找的ASL很大)(串 结构) 如果想增加或删除一个记录, 都比较困难(需移动大量 数据,顺序结构(排序))