计算机操作系统原理第5章 文件管理第5章 文件管理文件系统文件系统是我们接触得比较多，而且也是比 较印象比较深的操作系统的组成部分。 那么首先请大家先谈谈你使用过文件系统文件系统的 哪些功能？你对你所用的OS在文件管理功能方 面还有什么要求和建议？文件管理的目的： 1、方便的文件访问和控制：以符号名称作 为文件标识，便于用户使用。 2、并发文件访问和控制：在多道程系统中 支持对文件的并发访问和控制。 3、统一的用户接口：在不同设备上提供同 样的接口，方便用户操作和编程。5.1 文件系统的概述4、多种文件访问权限：在多用户系统中的 不同用户对同一文件会有不同的访问权限。 5、优化性能：存储效率、检索性能、读写 性能。 6、差错恢复：能够验证文件的正确性，并 具有一定的差错恢复能力。5.1 文件系统的概述5.1.1 基本概念文件文件是具有文件名的一组相关信息的集合。 可分为有结构文件和无结构文件两种。 在有结构的文件中，文件由若干个相关记录 组成，而无结构文件则被看成是一个字符流。5.1.1 基本概念文件包括两部分： 文件体：文件本身的信息； 文件说明：文件存储和管理信息；如：文件 名、文件内部标识、文件存储地址、访问权限、 访问时间等。5.1.1 基本概念文件系统文件系统是操作系统中以文件方式管理计算 机软件资源的软件和被管理的文件和数据结构（ 如目录和索引表等）的集合。5.1.1 基本概念从系统角度看，文件系统文件系统是对文件的存储空 间进行组织、分配，负责文件的存储并对存入文 件进行保护、检索的系统。它负责为用户建立、 撤消、读写、修改和复制文件。5.1.1 基本概念从用户角度看，文件系统文件系统主要实现了对文件 按名存取。5.1.1 基本概念目录是由文件说明索引组成的用于文件检索 的特殊文件。子目录在Windows系统中称为文件夹文件夹。5.1.2 文件的分类按用途分：l l系统文件系统文件 这类文件主要由操作系统核心和各种系统 应用程序和数据组成。用户只能通过系统调用来执行这 类文件，不容许对其读写和修改。l l库文件库文件 这类文件由标准子程序库组成。该类文件容 许用户调用，但不容许用户修改。l l用户文件用户文件 这类文件是用户委托系统保存的文件。如 ，源程序文件、可执行文件等。该类文件只由文件的所 有者或所有者授权的用户才能使用。5.1.2 文件的分类按文件保护类型分：l l只读文件只读文件 容许文件主和核准的用户读，但禁 止未核准的用户读。l l读写文件读写文件 容许文件主和核准的用户读、写， 但禁止未核准的用户读、写 。l l执行文件执行文件 允许授权用户调用执行，但不允许 对它进行读写。l l不保护文件不保护文件 所有用户都可以存取。5.1.2 文件的分类按信息流向分：l l输入文件输入文件 如读卡机上的文件只能读入。l l输出文件输出文件 如打印机上的文件只能写出。l l输入输入/ /输出文件输出文件 如磁盘上的文件，既可读又 可写。5.1.2 文件的分类按文件的组织方式分：l l普通文件普通文件 指组织格式为系统中所规定的最一 般格式的文件。可以是系统文件也可以是用户文 件等。l l目录文件目录文件 全部由文件的目录组成的文件。l l特别文件特别文件 所有的输入、输出设备都被看作特 殊文件。用户可以以引用一个文件的方式使用这 些设备。5.1.3 文件的结构文件的结构文件的结构指文件的组织形式，分为逻辑结 构和物理结构。 所以文件的组织即是指文件的结构。5.1.3 文件结构逻辑结构：从用户观察和使用文件的角度出 发所定义的文件组织形式。物理结构：从系统的角度考察文件在实际存 储设备上的存放形式。5.1.3 文件结构文件的逻辑结构逻辑结构：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，它独立于物理特性，又称为文件组 织。5.1.3 文件结构可分为两大类：无结构文件（流式文件）和 有结构文件（记录式文件）。5.1.3 文件结构无结构文件无结构文件则指文件内部不再划分记录， 它的基本信息单位是字节或字，其长度是所含字 节的数量。5.1.3 文件结构以下在无记录式文件中表示姓名为A的男性 员工，出生年月为1971年9月，工资77元，姓名 为B的女性员工出生年月为1975年6月，工资为 45.5元。相对记录式文件来说，无结构文件无需额外说明 ，节省存储空间， 但要查找信息比较困难A男1971977B女1975645.55.1.3 文件结构记录记录是一个具有特定意义的信息单位，它 由该记录在文件中的逻辑地址(相对位置)与记录 名所对应的一组键、属性及其属性值所组成。5.1.3 文件结构记录式文件把文件内的信息划分为多个记 录，用户以记录为单位来组织信息。5.1.3 文件结构物理结构物理结构 文件的物理结构是指逻辑文件在物理存储空 间中存放方法和组织关系。5.1.3 文件结构顺序文件顺序文件 若一个逻辑文件的信息存放在文件存储器上 相邻的物理块中，则称该文件为连续文件，这样 的结构称为顺序结构。5.1.3 文件结构顺序文件顺序文件 文件名长度起始块 号 a.c103636373845FDT文件b.c 的内容46顺序文件顺序文件 优点：结构简单，在顺序存取时速度较快。 缺点：用户应给出文件的最大长度，为其分 配足够的外存空间，对文件中间的部分进行插入 和删除操作困难。5.1.3 文件结构链接文件链接文件 链接结构是一种非连续的存储方式，一个逻 辑上连续的文件信息可分散地存放在外存的不连 续的若干个物理块中，每个块之间用单向链表链 接起来。5.1.3 文件结构链接链接文件文件 文件名长度起始块 号 a.c10363650585058450FDT隐式链链接链接文件文件 文件名长度起始块 号 a.c103650475845FAT表FDT36显式链链接文件链接文件 优点：克服了连续结构中要求分配给文件若 干连续物理块的缺点，使用灵活，不必事先给出 文件最大长度，只要有空闲的物理块，临时在需 要时增加长度即可。 缺点：只适于顺序存取，为了找到后面的信 息，必须从头开始，逐一查找每块的链接字，速 度慢。每块增加了一个链接指针，为信息管理添 加了复杂性。5.1.3 文件结构索引文件索引文件 系统为每个文件建立一张索引表，其中每个 表目指出文件逻辑块所在的物理块号。5.1.3 文件结构索引文件索引文件文件 名长度起始 块号 a.C1036 8859004014836块992109590块FDT索引文件索引文件 优点：文件占有块可不连续，块数可变，便 于随机存取文件中的任意记录。 缺点：索引表增加了空间的开销。在存取文 件时首先需要到外存取得索引表，才能查表，获 得物理块号，这样至少增加了一次访问外存的操 作，降低了文件访问速度。5.1.3 文件结构5.1.3 文件结构与文件阅读P166例5.2和例5.3。5.1.4 文件的存取方式存取方式存取方式 文件存取方式是指用户的逻辑上对记录进行 读写的方法，通常有顺序存取、随机存取、按键 存取。顺序存取顺序存取 按照文件记录的逻辑地址依次存取。可以理 解为按照记录的排列顺序依次进行。5.1.4 文件的存取方式随机存取随机存取 按照文件记录的编号直接对该记录进行存取 ，可把读写指针移动到该记录处进行读写。5.1.4 文件的存取方式按键存取按键存取 根据给定记录的键进行存取，如针对多重结 构或转置结构。注：键的搜索方法：线性搜索法、二分法、散列法等。5.1.4 文件的存取方式5.1.5 文件结构与文件存取方式的 联系文件的存储设备文件的存储设备 1）顺序存取设备 前面的物理块被存取访问之后，才能存取后 续的物理块的内容，存取速度较慢，主要用于后 备存储， 或存储不经常用的信息，或用于传递 数据的介质，如磁带。文件的存储设备文件的存储设备 2）直接存取设备 又叫随机存取存储设备，设备允许文件系统 直接存取磁盘上的任意物理块，如磁盘、光盘。5.1.5 文件结构与文件存取方式的 联系5.1.5 文件结构与文件存取方式的 联系存储储介质质物理结结构存取方式磁带带顺顺序顺顺序磁盘盘顺顺序顺顺序、随机链链接顺顺序索引顺顺序、随机文件系统提供的两类接口文件系统提供的两类接口Shell命令接口程序级接口5.1.6 文件操作常见程序接口命令常见程序接口命令 CREATE DELETE OPEN CLOSE READ5.1.6 文件操作常见程序接口命令常见程序接口命令 WRITE SEEK GET ATTRIBUTES SET ATTRIBUTES5.1.6 文件操作阅读阅读P155P155例例5.15.15.1.6 文件操作5.2 文件目录l5.2.1 目录内容l5.2.2 目录结构5.2 文件目录目录是由文件说明索引组成的用于文件检索 的特殊文件，文件目录的内容主要是文件访问和 控制的信息。5.2.1 目录内容文件系统将文件的说明信息集中起来，以一 个数据结构的形式表示。 其中的信息主要包括：文件名、文件类型、 文件大小、起始地址、建立日期、修改日期、文 件主等。 参阅P156表5-2。5.2.2 目录结构单级目录结构单级目录结构 单级目录在整个文件系统中只建立一张目录 表，每个文件占一个表项，表项中包含文件名、 文件物理地址以及文件说明等。每当要建立一个 文件时，先从目录表中找到一空白表项，再填入 新建文件的文件名及其他说明信息；删除该文件 时，清除该目录项。5.2.2 目录结构单级目录结构单级目录结构 优点：单级目录在实现上比较容易。缺点：1、大容量外部存储器上可存放成千 上万个文件，在目录中查询一个文件目录项就会 花费较长时间，从而影响系统的效率。（2）文件名与文件必须一一对应，时常 会出现文件重名现象。这样对多用户系统尤为不 便。5.2.2 目录结构二级目录结构二级目录结构 二级目录结构把目录分成主目录（MFD）和 用户文件目录（UFD）两级。主目录由用户名和 用户文件目录首地址组成。每个用户单独建立一 个目录，各用户目录登记其下属文件的目录项。5.2.2 目录结构二级目录结构二级目录结构5.2.2 目录结构多级目录结构多级目录结构 多级目录结构由根目录和各级目录组成，在 较高的目录级，其目录项包含了下一级目录名和 一个指向该目录的指针。在最后一级目录中，这 个指针指向数据文件的物理位置。5.2.2 目录结构多级目录结构多级目录结构5.2.2 目录结构一种实现多级目录的方法把所有文件目录的 内容分成两部分：一部分包括文件的结构信息、 物理块号，存取控制和管理信息等，并由系统赋 予唯一的内部标识符来标识；另一部分则由用户 给出的符号名和系统赋给文件说明信息的内部标 识符组成。这两部分分别称为符号文件目录表 (SFD)和基本文件目录表(BFD)。SFD中存放文 件名和文件内部标识符，BFD中存放除了文件名 之外的文件说明信息和文件的内部标识符。5.2.2 目录结构多级目录结构多级目录结构 多级目录结构的优点是不同用户的文件、不 同性质的的文件可以构成不同的子树，便于管理 。系统或用户还可以规定不同层次、不同子树文 件有不同的存取权限，以更好地对文件加以保护 。5.2.3 目录检索技术通过用户提供的文件名对目录进行检索，找 出该文件的物理位置。顺序检索法顺序检索法HashHash检索法检索法顺序检索法顺序检索法 又叫线性检索法，沿指定路径对每一级分量 名对应的目录文件进行检索。5.2.3 目录检索技术HashHash检索法检索法 系统提供Hash函数，以文件名转换为一个索 引值，再利用该索引值在文件目录中找到对应目 录项，从而找到文件的物理位置。5.2.3 目录检索技术创建目录 删除目录 打开目录 关闭目录 读目录 改目录名 链接其他用