1、第七節(jié) 文件系統(tǒng)及接口(ji ku)共十九頁(yè)7、1 文件(wnjin)和文件(wnjin)系統(tǒng)一、關(guān)于文件：定義：文件是具有文件名的一組相關(guān)信息的集合。從結(jié)構(gòu)上可分為有結(jié)構(gòu)的記錄式文件和無(wú)結(jié)構(gòu)的字符流式文件，在文件系統(tǒng)中，文件是一個(gè)最大的數(shù)據(jù)單位(dnwi)。文件屬性通常包括： 1）文件類(lèi)型可從不同角度來(lái)規(guī)定其類(lèi)型； 2）文件長(zhǎng)度單位可以是字節(jié)、字或塊； 3）物理位置指示文件當(dāng)前所處設(shè)備及具體位置； 4）存取控制規(guī)定各類(lèi)用戶對(duì)該文件的訪問(wèn)權(quán)限； 5）建立時(shí)間通常指文件最后一次被修改的時(shí)間；記錄：一組相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，有結(jié)構(gòu)文件的基本單位數(shù)據(jù)項(xiàng)：數(shù)據(jù)組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據(jù)單位，即組成記錄的

2、原子數(shù)據(jù)。共十九頁(yè)二、文件分類(lèi)方法：按用途分類(lèi)：系統(tǒng)文件、用戶文件、庫(kù)文件；其中系統(tǒng)文件只允許用戶調(diào)用，不允許用戶讀和修改。按文件中的數(shù)據(jù)形式分類(lèi)：源文件、目標(biāo)文件、可執(zhí)行文件；其中源文件通常由ASCII碼或漢字組成，目標(biāo)文件是已經(jīng)編譯但尚未鏈接的二進(jìn)制文件，可執(zhí)行文件則是編譯且鏈接后所形成的文件。按存取控制屬性分類(lèi)：只執(zhí)行(zhxng)文件、只讀文件、讀寫(xiě)文件；這些都是為已核準(zhǔn)用戶規(guī)定的訪問(wèn)權(quán)限。按邏輯結(jié)構(gòu)分類(lèi)：有結(jié)構(gòu)記錄式文件、無(wú)結(jié)構(gòu)流式文件按物理結(jié)構(gòu)分類(lèi)：順序文件、鏈接文件、索引文件共十九頁(yè)三、文件系統(tǒng)模型該模型分為三個(gè)層次，最底層是被操作對(duì)象及其相關(guān)屬性(shxng)；最上層是系統(tǒng)提高

3、給用戶的接口；中間是文件系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心軟件層，它是實(shí)現(xiàn)操作的軟件集合。 文 件 系 統(tǒng) 接 口 對(duì)對(duì)象操 縱和管理的軟件集合 邏 輯 文 件 系 統(tǒng) 基本I/O管理程序（文件組織模塊） 基本文件系統(tǒng)（物理I/O層） I/O控制層（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序） 對(duì) 象 及 其 屬 性 說(shuō) 明共十九頁(yè)四、文件系統(tǒng)的功能(gngnng) 1）文件存儲(chǔ)空間的管理； 2）對(duì)文件目錄的管理； 3）地址映射； 4）文件的讀、寫(xiě)管理； 5）文件的共享與保護(hù)；在這些功能的實(shí)現(xiàn)中，通常又進(jìn)一步劃分成幾個(gè)層次（如上圖所示）。其中有的層次用于處理物理文件系統(tǒng)；有的層次用于處理邏輯文件系統(tǒng)。五、文件系統(tǒng)的接口 1）命令接口：用戶

4、可以從終端鍵入命令實(shí)現(xiàn)操作； 2）程序接口：用戶程序可通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)操作； 3）GUI接口：用戶可在圖形窗口點(diǎn)擊鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)操作。共十九頁(yè)六、文件操作對(duì)記錄的操作用戶用得最多的一類(lèi)操作： 1）檢索一個(gè)文件中的所有記錄；例如：統(tǒng)計(jì)成績(jī)。 2）檢索一個(gè)文件中的某個(gè)記錄；例如：查找(ch zho)。 3）插入一個(gè)新記錄到文件中的適當(dāng)位置； 4）對(duì)一個(gè)檢索到的特定記錄進(jìn)行修改； 5）刪除一個(gè)已存在文件中的指定記錄；對(duì)文件的操作用戶通常需要進(jìn)行的操作： 1）創(chuàng)建/刪除文件；需分配或回收必要的外存空間。 2）讀 / 寫(xiě)文件；需知道相應(yīng)文件的文件名和內(nèi)存地址 3）截?cái)辔募粚?duì)舊文件，當(dāng)文件名和其屬性無(wú)改變時(shí)，

5、可放棄原有文件的內(nèi)容，將其長(zhǎng)度設(shè)為0。 4）設(shè)置文件的讀 / 寫(xiě)位置；用于設(shè)置文件讀 / 寫(xiě)指針共十九頁(yè)7、2 目錄(ml)管理及文件共享保護(hù)一、文件控制塊和索引結(jié)點(diǎn)文件控制塊（FCB)包含三類(lèi)信息：1）基本信息： 文件名。用于標(biāo)識(shí)文件； 文件物理(wl)位置。包括設(shè)備名、盤(pán)塊號(hào)、文件長(zhǎng)度； 文件邏輯結(jié)構(gòu)。指示文件為流式文件/記錄式文件2）存取控制信息：文件主權(quán)限； 核準(zhǔn)用戶權(quán)限； 一般用戶權(quán)限；3）使用類(lèi)信息：文件的建立日期和時(shí)間； 文件上一次修改的日期和時(shí)間； 當(dāng)前使用信息。包括當(dāng)前已打開(kāi)該文件的進(jìn)程數(shù)，是否被其它文件鎖住、在內(nèi)存中被修改否共十九頁(yè)關(guān)于索引結(jié)點(diǎn)1)索引結(jié)點(diǎn)的引入:當(dāng)文件 很

6、多時(shí),其目錄項(xiàng)可能要占很多空間,也影響檢索速度.實(shí)際檢索中只用到了文件名,當(dāng)被檢索的文件名相匹配時(shí)才需目錄項(xiàng)的實(shí)際地址,因此可將文件名與文件屬性信息分離(fnl),這樣,屬性信息就單獨(dú)形成一個(gè)索引結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).2)磁盤(pán)索引結(jié)點(diǎn)每個(gè)文件有唯一一個(gè)磁盤(pán)索引結(jié)點(diǎn)包括: 文件主標(biāo)識(shí)；文件類(lèi)型；文件存取權(quán)限；文件物理地址；文件長(zhǎng)度；文件連接計(jì)數(shù)；文件存取時(shí)間。3）內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)文件打開(kāi)時(shí)將索引結(jié)點(diǎn)拷貝到內(nèi)存包括：索引結(jié)點(diǎn)編號(hào)：標(biāo)識(shí)內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)；狀態(tài)：指示該i結(jié)點(diǎn)是否已上鎖或已被修改；訪問(wèn)計(jì)數(shù)：即當(dāng)前有多少個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)過(guò)；文件所在設(shè)備的邏輯設(shè)備號(hào)；鏈接指針：包括指向空閑鏈表和散列隊(duì)列的指針共十九頁(yè)二、目錄結(jié)

7、構(gòu)和查詢技術(shù)目錄結(jié)構(gòu)1）單級(jí)目錄結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)建立一張目錄表；特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，但查找速度慢，不允許重名，不便于文件共享。2）兩級(jí)目錄結(jié)構(gòu)每個(gè)用戶建立一個(gè)單獨(dú)的用戶文件目錄，用戶在其目錄下可以根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建文件；特點(diǎn)：提高了檢索速度；在不同的用戶目錄中可以有同名文件；不同的用戶可以使用不同的文件名訪問(wèn)同一文件。3）樹(shù)型目錄在兩級(jí)目錄基礎(chǔ)上，又允許用戶創(chuàng)建自己(zj)的子目錄就形成多級(jí)目錄；特點(diǎn)同上，但更靈活。查詢技術(shù)1）按名查詢找出該文件的FCB或索引結(jié)點(diǎn)i；2）根據(jù)FCB或i結(jié)點(diǎn)找到文件的物理地址（盤(pán)塊號(hào)）；3）啟動(dòng)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序，將所需文件讀入內(nèi)存。共十九頁(yè)三、文件共享1）繞彎路法用戶所訪問(wèn)的所有文件

8、都是相對(duì)(xingdu)于當(dāng)前 目錄，即先向上到達(dá)其上級(jí)，再向下找到共享文件；2）連訪法為提高訪問(wèn)速度，在相應(yīng)目錄項(xiàng)間建立鏈接，即在目錄項(xiàng)內(nèi)設(shè)置指針直指共享文件的目錄項(xiàng)；3）利用基本文件目錄實(shí)現(xiàn)共享將系統(tǒng)賦予該文件的唯一ID號(hào)與相應(yīng)文件的符號(hào)名建立對(duì)應(yīng)關(guān)系表；4）基于索引結(jié)點(diǎn)的共享在樹(shù)型結(jié)構(gòu)目錄中，當(dāng)有兩個(gè)（或多個(gè)）用戶需共享一個(gè)子目錄或文件時(shí)，必須將共享文件或子目錄鏈接到兩個(gè)（或多個(gè)）用戶的目錄中5）利用符號(hào)鏈實(shí)現(xiàn)共享用戶A為了共享用戶B的一個(gè)文件F，可由系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)LINK類(lèi)型的新文件，將新文件F寫(xiě)入A的用戶目錄中，以實(shí)現(xiàn)A的目錄與文件F的鏈接。新文件中僅包含被鏈接文件F的路徑名。共十九頁(yè)

9、四、文件保護(hù)為確保文件系統(tǒng)的安全性，通常采取如下措施：1）通過(guò)存取控制機(jī)制用以防止由人為因素造成的不安全；2）通過(guò)系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)用以防止系統(tǒng)部分的故障(gzhng)所造成的文件不安全性；3）通過(guò)“后備系統(tǒng)”用以防止自然因素所造成的文件的不安全性；具體方法有：保護(hù)域指出進(jìn)程所能訪問(wèn)的對(duì)象，進(jìn)程在域內(nèi)運(yùn)行；訪問(wèn)矩陣行代表域，列代表對(duì)象，矩陣中每一項(xiàng)是由 一組訪問(wèn)權(quán)組成；分級(jí)安全管理在系統(tǒng)級(jí)、用戶級(jí)、目錄級(jí)、文件級(jí)四個(gè)級(jí)別上對(duì)文件進(jìn)行安全性管理。共十九頁(yè)7、3 外存空間(kngjin)的管理一、格式化和外存分配外存大多指磁盤(pán)，一張新磁盤(pán)必須經(jīng)過(guò)格式化：1）磁道磁盤(pán)上與磁盤(pán)同心的一系列園環(huán)，每條磁道上存

10、儲(chǔ)相同數(shù)目的二進(jìn)制位。密度指每英寸中存儲(chǔ)的位2）扇區(qū)每條磁道又可以分成若干區(qū)域，稱(chēng)為扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量相同；3）磁盤(pán)容量(rngling)： 盤(pán)面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)外存分配應(yīng)考慮的問(wèn)題主要有：1）怎樣才能有效地利用外存空間；2）提高對(duì)文件的訪問(wèn)速度；常用的分配方法：連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配。共十九頁(yè)二、DOS系統(tǒng)的外存分配及文件讀寫(xiě)DOS系統(tǒng)分配磁盤(pán)空間以“簇”（邏輯扇區(qū)）為單位簇與格式化磁盤(pán)所形成(xngchng)的物理扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為： 1簇1 ，或 2，或4物理扇區(qū)DOS中文件的特征信息：（FCB的構(gòu)成）1 8 9 11 12 13 22DOS系統(tǒng)將磁盤(pán)格式化后

11、即把磁盤(pán)分為四個(gè)區(qū)域： 1）引導(dǎo)區(qū)在0面0道1扇區(qū)，用做引導(dǎo)系統(tǒng) 2）根目錄區(qū)（FDT），存放根目錄項(xiàng)； 3）文件分配表（FAT)，存放文件鏈指針 4）用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放各類(lèi)數(shù)據(jù)文件。 文件名 擴(kuò)展名 文件屬性 DOS留用(li yn) 變更時(shí)間 變更日期 首簇號(hào) 文件大小 引導(dǎo)區(qū)根目錄區(qū)文件分配表用戶數(shù)據(jù)區(qū)共十九頁(yè)DOS系統(tǒng)(xtng)讀文件的過(guò)程： 文件名首簇號(hào) File10005File40010 006 007 003FFFFFF 002 0080005000300070010000800020006file1file2共十九頁(yè)DOS系統(tǒng)寫(xiě)文件(wnjin)過(guò)程：開(kāi)始(kish)查FAT

12、表找0000的表項(xiàng)找到0000表項(xiàng)？是否第一簇？文件寫(xiě)入該表項(xiàng)編號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)并將表項(xiàng)編號(hào)寫(xiě)入FAT中上一數(shù)據(jù)區(qū)對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)位置文件寫(xiě)入該表項(xiàng)編號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)并將表項(xiàng)編號(hào)寫(xiě)入文件FCB中首簇號(hào)中顯示“該文件無(wú)法存儲(chǔ)或磁盤(pán)已滿”信息結(jié)束數(shù)據(jù)寫(xiě)完否？否否否是是是共十九頁(yè)三、UNIX系統(tǒng)的外存分配及管理在UNIX系統(tǒng)中文件的存儲(chǔ)介質(zhì)是磁盤(pán)或磁帶，無(wú)論是哪知外存介質(zhì)，文件的組織形式均以塊為基本單位。1）空閑塊的組織：空閑塊采用成組鏈接法將若干（如100個(gè)）空閑塊歸為一組，將每組中的所有(suyu)盤(pán)塊號(hào)存放在其前一組的第一個(gè)空閑塊中，而僅把第一組中的所有(suyu)盤(pán)塊號(hào)放入超級(jí)塊的空閑盤(pán)塊號(hào)棧中超級(jí)塊

13、：109103106130161211208205222310350323308490409472415共十九頁(yè)2、文件的尋址方式：UNIX系統(tǒng)中文件的物理結(jié)構(gòu)是將文件所占用的盤(pán)塊號(hào)直接或間接地存放在該文件的索引(suyn)結(jié)點(diǎn)的13個(gè)地址項(xiàng)中，如下圖所示：I-addr(0)I-addr(1)i-addr(2)i-addr(9)i-addr(10)i-addr(11)i-addr(12)數(shù)據(jù)(shj)塊數(shù)據(jù)塊一次間接塊二次間接塊三次間接塊共十九頁(yè)7、4 操作系統(tǒng)(co zu x tn)的接口一、命令接口在分時(shí)系統(tǒng)中用戶通過(guò)終端鍵入命令的接口，稱(chēng)為聯(lián)機(jī)命令接口；批處理系統(tǒng)中利用作業(yè)控制語(yǔ)言所寫(xiě)的作業(yè)說(shuō)明書(shū)提交系統(tǒng)后，由系統(tǒng)逐條(zh tio)解釋執(zhí)行的接口稱(chēng)為脫機(jī)命令接口二、程序接口操作系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)為用戶程序設(shè)置的獲取系統(tǒng)服務(wù)的接口稱(chēng)為程序接口，程序接口由各種系統(tǒng)調(diào)用所組成。系統(tǒng)調(diào)用當(dāng)用戶程序需要OS提供某種服務(wù)時(shí)，可利用一條系統(tǒng)調(diào)用命令去調(diào)用系統(tǒng)中的某些子程序。三、圖形用戶接口以窗口形式提供給用戶操作并控制整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)功能的接口界面?？赏ㄟ^(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)打開(kāi)或激活相關(guān)窗口。共十九頁(yè)內(nèi)容摘要第七節(jié) 文件系統(tǒng)及接口。5）建立時(shí)間通常指文件最后一次被修改的時(shí)間。1）命令(mng lng)接口：用戶可以從終端鍵入命令(mng lng)實(shí)現(xiàn)操作。狀態(tài)：指示該i結(jié)點(diǎn)是否已上