1、文件系統(tǒng)的引入,文件存儲(chǔ)器：現(xiàn)代操作系統(tǒng)提供了文件存取和管理信息的機(jī)構(gòu)。它把大容量輔存儲(chǔ)器作為存放文件的存儲(chǔ)器，稱為文件存儲(chǔ)器。,文件系統(tǒng)必須完成下列工作,1）對磁盤等輔助存儲(chǔ)器空間（文件空間）進(jìn)行統(tǒng)一管理。 2）提供一個(gè)用戶可見的文件邏輯結(jié)構(gòu)，用戶按照文件邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息的存取和加工。 3）文件在存儲(chǔ)設(shè)備上應(yīng)按一定的順序存放。 4）實(shí)現(xiàn)對存放在存儲(chǔ)設(shè)備上的文件信息的查找。 5）實(shí)現(xiàn)文件共享。提供信息保護(hù)功能。,文件：是具有符號(hào)名而且在邏輯上具有完整意義的信息項(xiàng)的有序序列。 文件系統(tǒng)：文件與管理信息資源的程序集合稱作文件系統(tǒng)。 從用戶角度看：文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對相關(guān)信息的按名存取。 從操作系統(tǒng)角度

2、看：文件系統(tǒng)是對文件的存儲(chǔ)空間進(jìn)行組織、分配，負(fù)責(zé)文件的存儲(chǔ)并對文件進(jìn)行保護(hù)、檢索的系統(tǒng)。,7.1 文件與文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)的特點(diǎn),1）友好的用戶接口； 2）用戶透明性，實(shí)現(xiàn)文件按名存??； 3）文件可以被共享； 4）大容量存儲(chǔ)介質(zhì)保證文件系統(tǒng)可以存放大量信息。,7.1.1.2 文件的分類,1）按文件的所有者分類：系統(tǒng)文件、用戶文件； 2）按文件的保存期限分類：臨時(shí)文件、永久文件； 3）按文件的訪問方式分類：只讀文件、只寫文件、讀寫文件； 4）按文件用途分類：普通文件、目錄文件。 在UNIX系統(tǒng)中，將文件劃分為3類，即普通文件、目錄文件和特殊文件。,文件的組織又稱文件的結(jié)構(gòu)。 研究文件結(jié)構(gòu)的兩種

3、觀點(diǎn)： 用戶觀點(diǎn)：是指用戶思維的抽象文件，也叫邏輯文件。其目的是為用戶提供一種結(jié)構(gòu)清晰、使用簡便的邏輯組織，用戶按此去存儲(chǔ)、檢索和加工文件信息。 系統(tǒng)觀點(diǎn)：是指文件在物理存儲(chǔ)介質(zhì)上的實(shí)際文件，即物理文件。,7.2 文件的組織,在邏輯文件結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的物理文件結(jié)構(gòu)之間建立映像關(guān)系，實(shí)現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。,文件系統(tǒng)的任務(wù),文件的邏輯組織是指呈現(xiàn)在用戶面前的文件結(jié)構(gòu)。 文件的邏輯組織可分為兩種： 有結(jié)構(gòu)的記錄式文件 無結(jié)構(gòu)的流式文件,7.3.1 文件的邏輯組織,從邏輯上講，記錄式文件是一組連續(xù)順序的記錄的集合。 記錄的長度是指一個(gè)記錄中包含的字節(jié)個(gè)數(shù)，可分為兩類： 定長紀(jì)錄和變長記錄,7.3.1.2 記

4、錄式文件,流式文件是相關(guān)的有序字符的集合，或是一組有一定意義的字符流。 文件長度就是文件包含的字符個(gè)數(shù)。 Unix文件的邏輯結(jié)構(gòu)就是采用流式文件結(jié)構(gòu)。,7.3.1.1 流式文件,7.3.1 文件的物理組織,文件的物理組織是指文件在物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存放方法。 在文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)設(shè)備通常劃分為若干個(gè)大小相等的物理塊，把文件信息也劃分成同樣大小的邏輯塊。,7.3.2.1 順序結(jié)構(gòu),若一個(gè)邏輯文件的信息存放在存儲(chǔ)器的相鄰物理塊中，則稱該文件為順序結(jié)構(gòu)。 給定邏輯塊號(hào)a，記錄長度為1，物理塊大小為s，則對應(yīng)塊號(hào)計(jì)算為： b=1*a / s,物理塊號(hào),邏輯塊號(hào),文件說明信息,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：順序結(jié)構(gòu)不需

5、要額外的空間開銷，只要在目錄中指出起始塊號(hào)和文件長度，就可以對文件進(jìn)行訪問。 缺點(diǎn): 1）文件不能動(dòng)態(tài)增長； 2）一開始就提出文件長度要求，而要求用戶預(yù)先提出文件長度是不太容易的。 3）一次要求比較大的存儲(chǔ)空間，不易分配。如果外存上只有許多小的自由空間，雖然總?cè)萘看笥谖募囊?，但由于不連續(xù)，這些空間不可用。 因此順序結(jié)構(gòu)文件常用于長度固定的系統(tǒng)文件，而不適合存放用戶文件、數(shù)據(jù)庫文件等經(jīng)常被修改的文件。,7.3.2.2 鏈接結(jié)構(gòu),鏈接結(jié)構(gòu)用非連續(xù)的物理塊存放文件信息，塊與塊之間用連接指針連接，從而組成一個(gè)串聯(lián)隊(duì)列。 顯然，使用鏈接結(jié)構(gòu)，不必在文件說明信息中指出文件的長度，只需指明該文件的第一個(gè)

6、物理塊號(hào)就行了。,文件說明信息,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1）提高了磁盤空間利用率，不存在外部碎片問題； 2）有利于文件插入和刪除； 3）有利于文件動(dòng)態(tài)擴(kuò)充。 缺點(diǎn)： 1）存取速度慢，適宜順序存取，不適于隨機(jī)存??； 2）鏈接指針占用一定的空間。,7.3.2.2 索引結(jié)構(gòu),當(dāng)一個(gè)文件很大，文件索引表也就很大，如果索引表的大小超過了一個(gè)物理塊時(shí)，對索引表的處理方法：建立多重索引。,文件說明信息,多重索引（間接索引）,文件說明信息,30,46,25,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1）既能順序存取，又能隨機(jī)存取 2）滿足了文件動(dòng)態(tài)增長、插入刪除的要求 3）能充分利用外存空間 缺點(diǎn)： 1）需要訪問兩次內(nèi)存：索引表、具體物理塊

7、2）索引表本身帶來了系統(tǒng)開銷 如：內(nèi)外存空間，存取時(shí)間,7.2 文件的訪問方式,文件的訪問方式是指用戶使用文件時(shí)按何種次序存取文件的各個(gè)信息項(xiàng)。 文件的訪問方式由文件的性質(zhì)和用戶使用文件的情況決定。 按存取次序劃分，訪問方式包括： 1、順序訪問 2、直接訪問（隨機(jī)訪問）,7.2.1 順序訪問,順序訪問就是按照文件的物理地址順序訪問。 記錄式文件：它反映的是按記錄的排列順序來存取，如若當(dāng)前讀取的記錄為Ri，則下一次讀取的記錄被自動(dòng)地確定為Ri的下一個(gè)相鄰的Ri+1。 無結(jié)構(gòu)的流式文件：按讀寫位移從當(dāng)前位置開始讀寫，即讀完一段信息后，讀寫位移自動(dòng)加上該段的長度，然后再根據(jù)讀寫位移讀寫下面的信息。,

8、7.2.2 隨機(jī)訪問,隨機(jī)存取法允許用戶可以存取文件中的任何一個(gè)物理記錄，而不管上次存取了哪一個(gè)記錄。 在無結(jié)構(gòu)的流式文件中，直接存取法必須事先用命令把讀寫位移移到欲讀寫的信息開始處，然后進(jìn)行讀寫。,7.4.1 文件控制塊,文件控制塊（FCB）：為了迅速準(zhǔn)確地完成由文件名到文件物理塊的轉(zhuǎn)換，需要把文件名及其一些結(jié)構(gòu)、控制信息按一定的組織結(jié)構(gòu)排列，以方便對文件的搜索。這些結(jié)構(gòu)、控制信息稱為文件控制塊。是操作系統(tǒng)為管理文件而設(shè)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了為管理文件所需的所有有關(guān)信息（文件屬性）。 文件控制塊是文件存在的標(biāo)志，記錄了管理文件時(shí)所需需要的全部信息。,文件控制塊的內(nèi)容,文件名，文件號(hào)，用戶名，文

9、件地址， 文件長度，文件類型，文件屬性，共享計(jì)數(shù)， 文件的建立日期，保存期限，最后修改日期， 最后訪問日期，口令，文件邏輯結(jié)構(gòu)， 文件物理結(jié)構(gòu),7.4.2 文件目錄與目錄文件,文件有文件控制塊和文件體組成。 文件目錄：把所有的FCB組織在一起，就構(gòu)成了文件目錄，即文件控制塊的有序集合。 目錄項(xiàng)：構(gòu)成文件目錄的項(xiàng)目（目錄項(xiàng)就是FCB）。 目錄文件：為了實(shí)現(xiàn)對文件目錄的管理，通常將文件目錄以文件的形式保存在外存，這個(gè)文件就叫目錄文件。,7.4.2 文件目錄與目錄文件,文件目錄管理：就是對文件說明信息的管理。 除此之外，文件目錄管理還要解決快速搜索、文件命名沖突和文件共享問題。,7.4.3.1 單級

10、目錄,單級目錄就是系統(tǒng)為所有文件建立一張目錄表，每個(gè)文件占有其中一項(xiàng)存放文件說明信息。 該目錄表存放在存儲(chǔ)設(shè)備的某個(gè)共享區(qū)域，需要或系統(tǒng)初起是將其調(diào)入內(nèi)存，文件系統(tǒng)通過它提供的信息對文件創(chuàng)建、搜索、刪除等操作。,F1,F2,Fi,Fn,優(yōu)缺點(diǎn),為所有文件建立一個(gè)目錄文件（組成一線性表）。 優(yōu)點(diǎn)：簡單；易實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 1）限制了用戶對文件的命名； 2）文件平均檢索時(shí)間長； 3）限制了對文件的共享。,7.4.3.2 二級目錄,為改變一級目錄文件目錄命名沖突，并提高對目錄文件檢索速度而改進(jìn)。 目錄分為兩級： 一級稱為主文件目錄（MFD） ，給出用戶名，用戶子目錄所在的物理位置； 二級稱為用戶文件目

11、錄（又稱用戶子目錄UFD），給出該用戶所有文件的FCB。,7.4.3.2 二級目錄,主目錄的MFD 系統(tǒng)目錄,Wang的UFD,Zhang的UFD,XIA.C,Y.U,FU.C,Y.U,7.4.3.2 二級目錄,從上圖可以看到用戶Wang和Zhang中都有一個(gè)名字為Y.U的文件，采用二級目錄就能把這兩個(gè)文件區(qū)分開。 比如Wang中的Y.U的路徑為WangY.U；Zhang中的文件Y.U的路徑為ZhangY.U。,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 解決了文件的重名問題和文件共享問題（用戶名文件名），文件在不同的用戶目錄下可以有相同的名字。 缺點(diǎn)： 不能將文件加以分類，如果一個(gè)用戶文件較多時(shí)，查找速度較慢。,7.4

12、.3.3 多級目錄,在二級目錄結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上加以擴(kuò)充，變形成了多級樹型目錄結(jié)構(gòu)。 文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)組成一個(gè)倒生長的樹。其中葉子節(jié)點(diǎn)是普通文件或目錄文件，非葉子節(jié)點(diǎn)是目錄文件，根節(jié)點(diǎn)是特殊的目錄文件，稱根目錄。,7.4.3.3 多級目錄,ID=1,根目錄,子目錄a,子目錄b,ID=2,ID=3,子目錄e ID=7,子目錄d ID=6,子目錄a ID=4,ID=8,ID=9,ID=10,ID=11,ID=12,ID=13,ID=5,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1）便于文件分類，可以為每個(gè)文件建立一個(gè)子目錄； 2）提高文件檢索速度，因?yàn)槊總€(gè)目錄下的文件數(shù)目較少； 3）可以實(shí)現(xiàn)文件的鏈接。 缺點(diǎn)： 查找一個(gè)文件按

13、路徑名逐層檢查，由于每個(gè)文件都放在外存，多次訪盤影響速度。,7.5 文件的共享,文件的共享是指多個(gè)進(jìn)程共用系統(tǒng)中的同一個(gè)文件，由操作系統(tǒng)和用戶共同實(shí)現(xiàn)的，以實(shí)現(xiàn)相互間的通訊。 實(shí)現(xiàn)的方法有： 1、繞道法 2、鏈接法,文件的存取控制,文件共享 指不同的用戶共同使用同一個(gè)文件 文件保護(hù) 指文件本身需要防止其他用戶破壞文件內(nèi)容 文件保密 指未經(jīng)文件擁有者許可，任何用戶不得訪問該文件。,文件的存取控制,文件系統(tǒng)存取控制部分應(yīng)做到： 1）對于擁有讀、寫或執(zhí)行權(quán)限的用戶，應(yīng)讓其對文件進(jìn)行相應(yīng)的操作； 2）對于沒有讀、寫或執(zhí)行權(quán)限的用戶，應(yīng)禁止他們對文件進(jìn)行相應(yīng)的操作； 3）應(yīng)防止一個(gè)用戶冒充其他用戶對文件

14、進(jìn)行存?。?4）應(yīng)防止擁有存取權(quán)限的用戶誤用文件。,驗(yàn)證用戶存取控制操作的方法,存取控制矩陣 存取控制表 口令核對 密碼方式,1)存取控制矩陣,1)存取控制矩陣,2)存取控制表,文件在所有用戶組上的存取權(quán)限的集合形成了它的存取控制表。,3)口令核對,使用口令，就是在建立文件時(shí)，為其設(shè)置一個(gè)特定的口令，該口令登記在文件的目錄中，或者將所有文件口令登記在一個(gè)專門的口令文件中，如果用戶想取得文件的訪問權(quán)，則必須經(jīng)過口令驗(yàn)證。 優(yōu)點(diǎn)： 1)保護(hù)信息少；2)管理簡單；3)易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 1)保密性不強(qiáng)；2)使用不方便。,密碼方式在用戶創(chuàng)建文件并將其寫入存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，對文件進(jìn)行編碼加密，在讀出時(shí)對文件進(jìn)行譯碼解密。顯然，只有能夠進(jìn)行譯碼解密的用戶才能