計算機操作系統(tǒng)第七章文件管理本章內容7.1文件和文件系統(tǒng)7.2文件的邏輯結構7.3文件目錄7.4文件共享7.5文件保護7.1文件和文件系統(tǒng)7.1.1文件、記錄和數(shù)據項1．數(shù)據項

最低級的數(shù)據組織形式，可把它分成以下兩種類型：（1）基本數(shù)據項。用于描述一個對象的某種屬性的字符集。是數(shù)據組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據單位，即原子數(shù)據，又稱為數(shù)據元素或字段。（2）組合數(shù)據項。它是由若干個基本數(shù)據項組成的，簡稱組項。根據屬性的不同，需要用不同的數(shù)據類型來描述。

2．記錄

記錄是一組相關數(shù)據項的集合，用于描述一個對象在某方面的屬性。例如，一個學生使用學號、姓名、年齡及所在系班。關鍵字是惟一能標識一個記錄的數(shù)據項。如：學號。

7.1.1文件、記錄和數(shù)據項

3．文件文件是具有文件名的一組相關元素的集合。文件結構分為兩種：有結構的文件中，文件由若干個相關記錄組成；無結構文件則被看成是一個字符流。文件在文件系統(tǒng)中是一個最大的數(shù)據單位；文件必須有文件名，通常由一串ASCII碼或漢字構成。

7.1.1文件、記錄和數(shù)據項

文件的屬性可以包括：（1）文件類型。如源文件、目標文件等（2）文件長度。單位可以是塊，字或字節(jié)。（3）文件的物理位置。指示文件在哪一個設備上以及在該設備的哪個位置的指針。（4）文件的建立時間。這是指文件最后一次的修改時間等。3．文件7-17.1.2文件類型為了便于管理和控制文件而將文件分成若干種類型。常用的幾種文件分類方法：1）按用途分三類：系統(tǒng)，用戶，庫文件。2）按文件中數(shù)據的形式：源，目標以及可執(zhí)行文件。3）按存取控制屬性：只執(zhí)行，只讀，讀寫。文件系統(tǒng)分為三個層次：7.1.3文件系統(tǒng)的層次模型7-21）對象及其屬性對象有：文件，目錄，磁盤存儲空間。2）對對象操縱和管理的軟件集合核心部分，包括：文件存儲空間的管理，文件目錄的管理，邏輯地址與物理地址轉換機制，文件讀寫管理，文件共享與保護等。3）文件系統(tǒng)的接口向用戶提供兩種接口：命令（終端鍵入命令）和程序（系統(tǒng)調用）。7.1.3文件系統(tǒng)的層次模型7.1.4文件操作用戶通過文件系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調用實施對文件的操作。1.最基本的文件操作有：創(chuàng)建文件（分配外存，建立目錄項）、刪除文件（置空目錄項）、讀文件、寫文件、截斷文件（原有文件長度置0）和設置文件的讀／寫位置（改變始終從始端開始讀/寫操作）。2.文件的“打開”和“關閉”操作：

“打開”(open)，是指系統(tǒng)將指名文件的屬性（包括該文件在外存上的物理位置）從外存拷貝到內存打開文件表的一個表目中，并將該表目的編號（或稱為索引）返回給用戶。

“關閉”（close）系統(tǒng)調用來關閉此文件，OS將會把該文件從打開文件表中的表目上刪除掉。3．其它文件操作：

對文件屬性的操作，改變文件名、改變文件的擁有者，查詢文件的狀態(tài)等7.1.4文件操作本章內容7.1文件和文件系統(tǒng)7.2文件的邏輯結構7.3文件目錄7.4文件共享7.5文件保護7.2文件的邏輯結構

文件是由一系列的記錄組成的。對于任何一個文件，都存在著以下兩種形式的結構：（1）文件的邏輯結構從用戶觀點出發(fā)所觀察到的文件組織形式。（2）文件的物理結構指文件在外存上的存儲組織形式。7.2.1文件邏輯結構的類型★文件的邏輯結構可分為兩大類：（1）有結構文件：是指由一個以上的記錄構成的文件，故又把它稱為記錄式文件；記錄的長度可分為定長和不定長兩類?？刹捎枚喾N方式組織記錄，形成不同的文件：①順序文件：是由一系列記錄按某種順序排列所形成的文件。②索引文件：當記錄為可變長度時，通常為之建立一張索引表。③索引順序文件：它為文件建立一張索引表，為每一組記錄中的第一個記錄設置一個表項?！镂募倪壿嫿Y構可分為兩大類：（2）無結構文件：是指由字符流構成的文件，故又稱為流式文件。無結構的文件形式，即流式文件，其長度以字節(jié)為單位在UNIX系統(tǒng)中，所有的文件都被看作是流式文件7.2.1文件邏輯結構的類型7.2.2順序文件1．邏輯記錄的排序文件中的記錄排列可歸納為以下兩種情況：①串結構，各記錄之間的順序與關鍵字無關。通常的辦法是由時間來決定，即按存入時間的先后排列②順序結構，指文件中的所有記錄按關鍵字排列。2．順序文件的優(yōu)缺點:優(yōu)點:

(1)對順序文件的存取效率是所有邏輯文件中最高的.(2)只有順序文件才能存儲在磁帶上，并能有效地工作。缺點:(1)在交互應用的場合，如果用戶（程序）要求查找或修改單個記錄，為此系統(tǒng)便要去逐個地查找諸記錄。(2)如果想增加或刪除一個記錄，都比較困難。7.2.2順序文件1)定長記錄的順序文件如果已知當前記錄的邏輯地址，便很容易確定下一個記錄的邏輯地址。在讀一個文件時，可設置一個讀指針Rptr。令它指向下一個記錄的首地址，每當讀完一個記錄時，便執(zhí)行:Rptr：=Rptr十L（L為記錄長度）7.2.3記錄尋址2）變長記錄的順序文件在每次讀或寫完一個記錄后，須將讀或寫指針加上Li Wptr：=Wptr十Li（Li是剛讀或剛寫完的記錄的長度）7.2.4索引文件對于定長記錄，可方便地實現(xiàn)直接存取。對于變長記錄就較難實現(xiàn)直接存取，為了解決這一問題，為變長記錄文件建立一張索引表，索引表是按鍵排序的，可以方便地實現(xiàn)直接存取。7.2.5索引順序文件索引順序文件:將順序文件中的所有記錄分為若干個組,為順序文件建立一張索引表，在索引表中為每組中的第一個記錄建立一個索引項，其中含有該記錄的鍵值和指向該記錄的指針。索引順序文件文件檢索在對索引順序文件進行檢索時，首先也是利用用戶(程序)所提供的關鍵字以及某種查找算法去檢索索引表，找到該記錄所在記錄組中第一個記錄的表項，從中得到該記錄組第一個記錄在主文件中的位置；然后，再利用順序查找法去查找主文件，從中找到所要求的記錄。文件檢索效率如果在一個順序文件中所含有的記錄數(shù)為N，則為檢索到具有指定關鍵字的記錄，平均須查找N/2個記錄；但對于索引順序文件，則為能檢索到具有指定關鍵字的記錄，平均只要查找個記錄數(shù)。例如，有一個順序文件含有10000個記錄，平均須查找的記錄數(shù)為5000個。但對于索引順序文件，則平均只須查找100個記錄?？梢?，它的檢索效率是順序文件的50倍.7.2.6直接文件和哈希文件1．直接文件

對于直接文件，可根據給定的記錄鍵值，直接獲得指定記錄的物理地址。換言之，記錄鍵值本身就決定了記錄的物理地址。這種由記錄鍵值到記錄物理地址的轉換被稱為鍵值轉換

。7.2.6直接文件和哈希文件2．哈希（Hash）文件：利用Hash函數(shù)，可將記錄鍵值轉換為相應記錄的地址。為了能實現(xiàn)文件存儲空間的動態(tài)分配，通常由Hash函數(shù)所求得的并非是相應記錄的地址，而是指向一目錄表相應表目的指針，該表目的內容指向相應記錄所在的物理塊。本章內容7.1文件和文件系統(tǒng)7.2文件的邏輯結構7.3文件目錄7.4文件共享7.5文件保護7.3文件目錄對目錄管理的要求如下：（1）實現(xiàn)“按名存取”。（2）提高對目錄的檢索速度。（3）文件共享。（4）允許文件重名。

7.3.1文件控制塊和索引結點1、文件控制塊為了能對一個文件進行正確的存取，必須為文件設置用于描述和控制文件的數(shù)據結構，稱之為“文件控制塊（FCB）”

把文件控制塊的有序集合稱為文件目錄。一個文件目錄也被看作是一個文件，稱為目錄文件。1、文件控制塊（1）文件控制塊的基本信息①文件名；②文件物理位置；③文件邏輯結構（表明文件是流式還是記錄式，定長還是變長等）；④文件物理結構（順序文件，鏈式還是索引文件）。（2）存取控制信息類存取權限（3）使用信息類文件的建立日期和時間等。（1）索引結點的引入文件描述信息單獨形成一個稱為索引結點的數(shù)據結構，簡稱為i結點。在文件目錄中的每個目錄項，僅由文件名和指向該文件所對應的i結點的指針所構成。2．索引結點（2）磁盤索引結點包括以下內容：文件主標識符，文件類型，存取權限，文件物理地址，文件長度，文件連接計數(shù)（系統(tǒng)中所有指向該文件名的指針計數(shù)），文件存取時間。（3）內存索引結點包括以下內容：索引結點編號，狀態(tài)，訪問計數(shù)，文件所屬文件系統(tǒng)的邏輯設備號，鏈接指針。2．索引結點7.3.2目錄結構目錄結構的組織，關系到文件系統(tǒng)的存取速度，也關系到文件的共享性和安全性。因此，組織好文件的目錄，是設計好文件系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。目前常用的目錄結構形式有單級目錄、兩級目錄和多級目錄。1．單級目錄結構單級目錄的優(yōu)點：是簡單且能實現(xiàn)目錄管理的基本功能——按名存取。單級目錄缺點：

（1）查找速度慢。（2）不允許重名。（3）不便于實現(xiàn)文件共享。適合單用戶環(huán)境。

1．單級目錄結構2.兩級目錄

為每一個用戶建立一個單獨的用戶文件目錄UFD，再建立一個主文件目錄MFD。在主文件目錄中，每個用戶目錄文件都占有一個目錄項，其目錄項中包括用戶名和指向該用戶目錄文件的指針兩級目錄結構優(yōu)點：（1）提高了檢索目錄的速度。（2）在不同的用戶目錄中，可以使用相同的文件名。（3）不同用戶還可使用不同的文件名來訪問系統(tǒng)中的同一個共享文件。

2.兩級目錄

7.3.3樹形結構目錄（多級目錄結構）（1）目錄結構：主目錄在這里被稱為根目錄，把數(shù)據文件稱為樹葉，其它的目錄均作為樹的結點。（2）路徑名從樹的根（即主目錄）開始，把全部目錄文件名與數(shù)據文件名，依次地用“/”連接起來，即構成該數(shù)據文件的路徑名（pathname）。系統(tǒng)中的每一個文件都有惟一的路徑名。（3）當前目錄為每個進程設置一個“當前目錄”，又稱為“工作目錄”進程對各文件的訪問都相對于“當前目錄”而進行。7.3.3樹形結構目錄（多級目錄結構）增加目錄在用戶要創(chuàng)建一個新文件時，只需查看在自己的UFD及其子目錄中，有無與新建文件相同的文件名。若無，便可在UFD或其某個子目錄中增加一個新目錄項。目錄刪除采用下述兩種方法處理：（1）不刪除非空目錄。（2）可刪除非空目錄。

（4）增加和刪除目錄7.3.4目錄查詢技術★對目錄進行查詢的方式有兩種：線性檢索法和Hash方法。

1．線性檢索法線性檢索法又稱為順序檢索法。①在單級目錄中，利用用戶提供的文件名，用順序查找法直接從文件目錄中找到指名文件的目錄項。②在樹型目錄中，用戶提供的文件名是由多個文件分量名組成的路徑名，此時須對多級目錄進行查找。1．線性檢索法假定用戶給定的文件路徑名是/usr/ast/mbox，則查找/usr/ast/mbox文件的過程如圖7-12所示Hash方法:建立了一張Hash索引文件目錄，系統(tǒng)利用用戶提供的文件名并將它變換為文件目錄的索引值，再利用該索引值到目錄中去查找。Hash方法將顯著地提高檢索速度。在文件名中使用了通配符“*”、“？”等，系統(tǒng)便無法利用Hash法檢索目錄，因此，需要利用線性查找法查找目錄。2．Hash方法在進行文件名的轉換時，有可能把”n個不同的文件名轉換為相同的Hash值，稱謂的“Hash沖突”。Hash查找過程：①在利用Hash值查找目錄時，如果目錄表中相應的目錄項是空的，則表示系統(tǒng)中并無指定文件。②如果目錄項中的文件名與指定文件名相匹配，則表示該目錄項正是所要尋找的文件所對應的目錄項，故而可從中找到該文件所在的物理地址。③如果在目錄表的相應目錄項中的文件名與指定文件名并不匹配，則表示發(fā)生了“Hash沖突”。2．Hash方法解決Hash沖突的方法：將其Hash值再加上一個常數(shù)（該常數(shù)應與目錄的長度值互質），形成新的索引值，再返回到第一步重新開始查找。2．Hash方法本章內容7.1文件和文件系統(tǒng)7.2文件的邏輯結構7.3文件目錄7.4文件共享7.5文件保護7.4文件共享文件共享即指系統(tǒng)應允許多個用戶（進程）共享同一份文件。在系統(tǒng)中只需保留該共享文件的一份副本。當前常用的兩種文件共享方法:（1）基于索引結點的共享方式（2）利用符號鏈實現(xiàn)文件共享

7.4.1基于索引結點的共享方式

7.4.1基于索引結點的共享方式

7.4.1基于索引結點的共享方式7.4.2利用符號鏈實現(xiàn)文件共享

為使B能共享C的一個文件F，可以由系統(tǒng)創(chuàng)建一個LINK類型的新文件，也取名為F并將F寫入B的目錄中，以實現(xiàn)B的目錄與文件F的鏈接；在新文件中只包含被創(chuàng)文件F的路徑名。這樣的鏈接方法被稱為符號鏈接.新文件中的路徑名，則只被看作是符號鏈。當B要訪問被鏈接的文件F且正要讀LINK類新文件時，將被OS截獲，OS根據新文件中的路徑名去讀該文件，于是就實現(xiàn)了用戶B對文件F的共享。在利用符號鏈方式實現(xiàn)文件共享時，只是文件主才擁有指向其索引結點的指針，而共享該文件的其它用戶，則只有該文件的路徑名，并不擁有指向其索引結點的指針。符號鏈方式優(yōu)點：能連接任何機器上的文件。每增加一個連接，就增加一個文件名，各用戶使用自己的名字去共享文件。缺點：備份是可能會產生多個拷貝。7.4.2利用符號鏈實現(xiàn)文件共享

本章內容7.1文件和文件系統(tǒng)7.2文件的邏輯結構7.3文件目錄7.4文件共享7.5文件保護7.5文件保護影響文件安全性的因素：（1）人為因素。（2）系統(tǒng)因素。（3）自然因素。采取的措施（1）存取控制，防止由人為因素所造成的文件不安全性；（2）系統(tǒng)容錯技術，防止系統(tǒng)部分的故障所造成的文件的不安全性；（3）建立后備系統(tǒng)，防止由自然因素造成的不安全性。7.5.1保護域1.訪問權由系統(tǒng)來控制進程對對象的訪問；對象：硬件，軟件；對對象施加的操作：讀，寫，執(zhí)行。訪問權：一個進程能對某對象執(zhí)行操作的權力，用一個有序對（對象名，權集）表示；（F1，{R/W})表示某進程