第六章文件管理6.1文件和文件系統(tǒng)6.2文件的邏輯結構6.3外存分配方式6.4目錄管理6.5文件存儲空間的管理6.6文件共享與文件保護6.7數(shù)據(jù)一致性控制

空閑表和空閑鏈表不適用于大型文件系統(tǒng)(表太長)，UNIX系統(tǒng)將這兩種方法相結合，將空閑盤塊分成組，每組第一塊存一個空閑表成組鏈接起來，兼二者之優(yōu)點克服了它們的缺點?！?..6.5.3.成組鏈接法1.空閑盤塊的組織:

(1)

空閑盤塊號棧:此棧存儲當前正在分配的一組空閑盤塊號及本組尚有的空閑塊總數(shù)N,N兼作棧頂指針。如:N=100,S.free(0)—S.free(99)存儲當前組空閑盤塊號

(2)

每組的第一塊存儲下一組空閑盤塊號形成鏈。

(3)最末組的空閑盤塊號棧存放在前一組的第一空閑塊中,其中的S.free(0)存放結束標志。圖6-23空閑盤塊的成組鏈接法2.空閑塊的分配和回收:

利用空閑盤塊號棧。(1)分配:

N=N-1;if(N>0)分配S.free(N);else{m=S.free(N);讀入S.free(N);分配m;}(2)回收:if(N=100){寫入回收塊;N=0}S.free(N)=回收塊號;N=N+1;100300299…201NS.free(0)S.free(1)…S.free(99)100400399…301...990999…901............6.6文件共享與文件保護

文件共享指系統(tǒng)允許多個用戶(進程)使用同一個文件(或子目錄)。系統(tǒng)只需保留該共享文件的一份副本，

這樣可以節(jié)省時間和存儲空間,減少了用戶工作量。當前常用兩種文件共享方法：6.6.1基于索引結點的共享方式在樹型結構的目錄中，當有兩個（或多個）用戶要共享一個子目錄或文件時，必須將共享文件或子目錄連接到兩個或多個用戶的目錄中；此時目錄的結構已不再是樹型結構而是一個有向非循環(huán)圖。如果文件的描述信息直接存儲在用戶的目錄表中，當某個用戶對文件修改時這些描述信息的內容也可能發(fā)生變化，此時該文件的其它共享者目錄的對應信息并未隨之改變，引起共享錯誤。UFD(W)

file1……UFD(Z)

file2…………count=2W/file1Z/file2索引結點

為了解決這一問題可以將目錄表中文件的描述信息存儲在索引結點中，而僅將文件名和指向索引結點的指針存放在目錄表中。索引結點中的count用作共享計數(shù)(鏈接計數(shù))。DEFABC

IJK

LN

GH

B/I

A/D/NB/KC/G

圖中表示有向非循環(huán)圖的目錄結構，圓圈表示索引結點和文件本身。

UFD(C)

owner=Ccount=1鏈接前UFD(B)UFD(C)owner=Ccount=2鏈接后UFD(B)owner=Ccount=1所有者刪除后問題：刪除文件時怎樣考慮？當文件主刪除文件時可能會發(fā)生指針懸空。6.6.2利用符號鏈(SymbolicLink)實現(xiàn)文件共享

要使用戶B能共享用戶C的文件F，系統(tǒng)可建立一個類型為LINK的新文件，如起名為G(或仍為F)，放在B的目錄中，

該文件只包含被共享文件F的路徑名。這種連接方法稱為符號鏈接(SymbolicLinking)，當B要訪問G文件時，被OS截獲,OS根據(jù)G的LINK類型確定它是符號鏈，再按此符號鏈找到共享文件F。

當文件主C刪除文件F后，若B試圖通過文件G符號鏈訪問F,則只會因找不到文件訪問失敗，不會發(fā)生指針懸空。

圖6-19多級目錄結構

符號鏈的共享方式存在的問題:當其他用戶去讀共享文件時，系統(tǒng)是根據(jù)給定的文件路徑名，逐個分量(名)地去查找目錄，直至找到該文件的索引結點。因此，在每次訪問共享文件時，都可能要多次地讀盤。這使每次訪問文件的開銷甚大，且增加了啟動磁盤的頻率。要為每個共享用戶建立一條符號鏈，該鏈實際上是一個文件，要為它配置一個索引結點，這也要耗費一定的磁盤空間。優(yōu)點：能夠用于鏈接(通過計算機網(wǎng)絡)世界上任何地方的計算機中的文件，此時只需提供該文件所在機器的網(wǎng)絡地址以及該機器中的文件路徑即可。兩種方法的共同問題：遍歷文件系統(tǒng)=〉共享文件的多次遍歷；轉存文件系統(tǒng)=〉共享文件的多個拷貝6.6.3磁盤容錯技術

磁盤容錯技術：通過設置冗余的磁盤驅動器、磁盤控制器等部件,來提高可靠性的技術。系統(tǒng)（磁盤）容錯技術SFT：三級

SFT-1低級：

SFT-2中級：

SFT-3高級：1．影響文件安全的因素：人為因素；系統(tǒng)因素；自然因素2．安全措施：存取控制機制；磁盤容錯技術；后備系統(tǒng)3．容錯技術：設置冗余部件，來提高系統(tǒng)的可靠性；1.第一級磁盤容錯技術SFT-1

用于防止因磁盤表面缺陷造成的數(shù)據(jù)破壞或丟失，包括雙份目錄、雙份文件分配表和寫后讀校驗等措施。(1)雙份目錄和雙份文件分配表(2)熱修復重定向和寫后讀校驗熱修復重定向：將磁盤的2~3%作為熱修復重定向區(qū)寫后讀校驗：寫盤后立即讀并與原數(shù)據(jù)校驗2.第二級磁盤容錯技術SFT-2防止磁盤驅動器和控制器故障導致的系統(tǒng)不正常；(1)磁盤鏡像兩個磁盤驅動器互為備份(2)磁盤雙工通道、磁盤控制器和磁盤驅動都為雙份主機磁盤控制器通道主機磁盤控制器磁盤控制器通道通道3.基于集群技術的容錯功能所謂集群，是指由一組互連的自主計算機組成統(tǒng)一的計算機系統(tǒng)，給人們的感覺是，它們是一臺機器。利用集群系統(tǒng)不僅可提高系統(tǒng)的并行處理能力，還可用于提高系統(tǒng)的可用性。它包括三種工作模式：（1）雙機熱備份模式（2）雙機互為備份模式（3）公共磁盤模式數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1的備份CPU磁盤0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)0的備份磁盤1塊交錯備份重點難點學習提示1、順序文件、索引文件和索引順序文件，各自優(yōu)缺點和適用于的場合2、連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配3、位示圖法和成組鏈接法4、目錄管理5、文件共享方式對于本章的知識點，文件存儲空間的管理可以命制綜合應用題，混合索引下計算文件實際占用磁盤空間和最大文件、計算訪問磁盤次數(shù)可以命制綜合應用題，其它知識點可以命制單項選擇題。2009年聯(lián)考所占分值為6分，2010年聯(lián)考所占分值為6分。1.文件的順序存取是（）?！倦娮涌拼?003】A.按終端號一次存取B.按文件的邏輯號逐一存取C.按物理塊號一次存取D.按文件邏輯記錄的大小逐一存取2.如果文件系統(tǒng)中有兩個文件重名，不應采用（）?！灸暇├砉?007】A.單級目錄結構B.兩級目錄結構C.樹形目錄結構D.多級目錄結構3.設文件F1的當前引用計數(shù)值為1，先建立F1的符號鏈接（軟鏈接）文件F2，再建立F1的硬鏈接文件F3，然后刪除F1。此時，F(xiàn)2和F3的引用計數(shù)值分別是（）。A.0、1B.1、1C.1、2D.2、1BAB4.下列關于打開文件open和關閉文件close的敘述，只有（）是錯誤的?！菊憬髮W2006】A.close()操作告訴系統(tǒng)，不再需要指定的文件了，可以丟棄它B.open()操作告訴系統(tǒng)，開始使用指定的文件C.文件必須先打開，后使用D.目錄必須先打開，后使用5.考慮一個文件存放在100個數(shù)據(jù)塊中。文件控制塊、索引塊或索引信息都駐留內存。那么如果（），不需要做任何磁盤I/O操作。【浙江大學2006】A.采用continuousallocation策略，將最后一個數(shù)據(jù)塊搬到文件頭部B.采用linkedallocation策略，將最后一個數(shù)據(jù)塊插入文件頭部C.采用linkedallocation策略，將第一個數(shù)據(jù)塊插入文件尾部D.采用singlelevelindexedallocation策略，將最后一個數(shù)據(jù)塊插入文件頭部D6.邏輯文件的組織形式是由（）決定的。A.存儲介質特性B.操作系統(tǒng)的管理方式C.用戶D.主存容量【分析】文件的邏輯結構是用戶所觀察到的文件組織形式，數(shù)據(jù)組織形式取決于用戶需求，例如，登記操作日志記錄導致順序文件的產(chǎn)生；對數(shù)據(jù)庫中結構化數(shù)據(jù)的存取導致隨機訪問文件的產(chǎn)生。所以，邏輯文件的組織形式取決于用戶，因此應該選擇C。7.物理文件的組織方式是由（）確定的。A.操作系統(tǒng)B.主存容量C.外存容量D.應用程序【分析】文件的物理結構是指文件在外存上的存儲組織形式，既與存儲介質的存儲性能有關，又與操作系統(tǒng)所采用的外存分配方法有關。因此應該選擇A。例：1.在實現(xiàn)文件系統(tǒng)時，為加快文件目錄的檢索速度，可利用“文件控制塊分解法”。假設目錄文件存放在磁盤上，每個盤塊512字節(jié)。文件控制塊占64字節(jié)。其中文件名占8字節(jié)。通常將文件控制塊分解成兩部分，第一部分占10字節(jié)（包括文件名和文件內部號），第二部分占56字節(jié)（包括文件內部號和文件其它描述信息）?！颈本┐髮W1997】（1）假設某一目錄文件共有254個文件控制塊，試分別給出采用分解法前和分解法后，查找該目錄文件的某一個文件控制塊的平均訪問磁盤次數(shù)。（2）一般地，若目錄文件分解前占用n個盤塊，分解后改用m個盤塊存放文件名和文件內部號部分，請給出訪問磁盤次數(shù)減少的條件?！痉治觥磕夸浳募脖豢醋鲆粋€文件，本身也需要一定數(shù)量的物理數(shù)據(jù)塊。設目錄文件需要的物理數(shù)據(jù)塊為n，在單級目錄中，對于線性檢索法，檢索某一個文件在目錄文件中的那部分控制塊，最好的情況只需要1次I/O（即在第一個物理數(shù)據(jù)塊中），最壞的情況需要n次I/O（即在最后一個物理數(shù)據(jù)塊中）。如果不采用分解法，則平均訪問磁盤次數(shù)為（1+n）/2；如果采用分解法，還需讀取一次磁盤以找到文件控制塊的所有內容，設分解后目錄文件占用m個盤塊，則平均訪問磁盤次數(shù)為（1+m）/2+1。所以，關鍵是計算不采用分解法和采用分解法兩種情況下目錄文件本身所需的物理數(shù)據(jù)塊。解：（1）采用分解法前，目錄所需的磁盤塊數(shù)為（64*254）/512=31.75，也就是32塊。所以查找該目錄文件中的某一個文件控制塊的平均訪問磁盤次數(shù)為（1+32）/2=16.5。采用分解法后，目錄所需的磁盤塊數(shù)為（10*254）/512=4.96，也就是5塊，檢索目錄文件后，還需讀取一次磁盤以找到文件控制塊的所有內容。所以查找該目錄文件中的某一個文件控制塊的平均訪問磁盤次數(shù)為（1+5）/2+1=4。（2）訪問磁盤次數(shù)減少的條件是：(1+m)/2+1<（1+n）/2，即m<n-2。2.某個系統(tǒng)采用成組鏈接法來管理磁盤空間，目前磁盤的狀態(tài)如圖所示。（1）該磁盤中目前還有多少個空閑盤快？（2）請簡述磁盤塊的分配過程。（3）在為某個文件分配3個盤塊后，系統(tǒng)要刪除另一文件，并回收它所占的5個盤塊，它們的盤塊號依次為700、711、703、788、701，請畫出回收后的盤塊鏈接情況。100300299…NS.free(0)S.free(1)…S.free(99)100400399…301990599…501............3、有一文件系統(tǒng)如下圖所示。圖中的框表示目錄，圈表示普通文件。根目錄常駐內存，目錄文件組織成鏈接文件，不設文件控制塊，普通文件組織成索引文件。目錄表目指示下一級文件名及其磁盤地址(各占2個字節(jié)，共4個字節(jié))。若下級文件是目錄文件，指示其第一個磁盤塊地址。若下級文件是普通文件，指示其文件控制塊的磁盤地址。每個目錄文件磁盤塊最后4個字節(jié)供鏈接使用。下級文件在上級目錄文件中的次序在圖中為自左至右。每個磁盤塊有512字節(jié)，與普通文件的一頁等長。根目錄ABCDHIPULEFGJKMNQRSTVW……………………文件系統(tǒng)結構示意圖普通文件的文件控制塊組織如圖所示。其中，每個磁盤地址占2個字節(jié)，前10個地址直接指示該文件前10頁的地址。第11個地址指示一級索引表地址，一級索引表中每個磁盤地址指示一個文件頁地址；第12個地址指示二級索引表地址，二級索引表中每個地址指示一個一級索引表地址；第13個地址指示三級索引表地址，三級索引表中每個地址指示一個二級索引表地址。問：(1)一個普通文件最多可有多少個文件頁？(2)若要讀文件J中某一頁，最多啟動磁盤多少次？(3)若要讀文件W中的某一頁，最少啟動磁盤多少次？(4)就上一問而言，為最大限度減少啟動磁盤的次數(shù)，可采用什么方法？此時，磁盤最多啟動多少次？該文件的有關描述信息磁盤地址磁盤地址……磁盤地址磁盤地址磁盤地址12111213普通文件的文件控制塊組織解：(1)由題目中所給條件可知，磁盤塊大小為512字節(jié)，每個磁盤地址中2個字節(jié)。因此，一個一級索引表可容納256個磁盤地址。同樣地，一個二級索引表可容納256個一級索引表地址，一個三級索引表可容納256個二級索引表地址。這樣，一個普通文件最多可有頁數(shù)為：10+256+256×256+256×256×256=16843018(2)從圖中可以看出，目錄文件A和目錄文件D中，目錄項都只有兩個，因此這兩個目錄文件都不需拉鏈。若要讀文件J中的每一頁，首先從內存的根目錄中找到目錄文件A的磁盤地址，將其讀入內存(第1次磁盤訪問)。然后再從目錄A中找出目錄文件D的磁盤地址，并將其讀入內存(第2次磁盤訪問)。從目錄D中找出文件J的文件控制塊地址，將文件J的文件控制塊讀入內存(第3次磁盤訪問)。在最壞情況下，要訪問頁的磁盤地址需通過三級索引才能找到，這時要三次訪問磁盤才能將三級索引表讀入內存(第4、5、6次磁盤訪問)。最后讀入文件J中的相應頁(第7次訪問磁盤)。由此可知，若要讀文件J的某一頁，最多啟動磁盤7次。(3)從圖中可以看出，目錄文件C和目錄文件U中，目錄項數(shù)目較多，若目錄項數(shù)超過127(512/4-1=127)，則目錄文件的讀入可能需要多次磁盤讀(因目錄文件組織成鏈接文件)。在最好情況