1、主要內(nèi)容： 本章主要講解文件的相關(guān)知識(shí)，以及操作系統(tǒng)中最為重要的一部分文件系統(tǒng)。主要介紹文件的基本概念，文件的結(jié)構(gòu)，文件的存取方法和存儲(chǔ)設(shè)備，目錄的管理以和文件的使用等知識(shí)點(diǎn)。 學(xué)習(xí)任務(wù)： 5.1 文件管理概述 5.2 文件的結(jié)構(gòu) 5.3 文件存取方法和存儲(chǔ)設(shè)備 5.4 目錄管理 5.5 文件的使用 5.6 Windows Server 2003的文件管理,第5章 文件管理,5.1 文件管理概述,5.1.1 文件和文件系統(tǒng) 5.1.1.1 文件的概念 1. 文件的定義(兩種文件形式詳見(jiàn)書(shū)P129) (1) 文件是一組賦名的相關(guān)聯(lián)字符流的集合 (2) 文件是相關(guān)聯(lián)的記錄的集合。 2. 文件的命名

2、 一般情況下文件名包含兩部分的內(nèi)容，即： 主文件名和擴(kuò)展名。（擴(kuò)展名如圖5-1） 標(biāo)準(zhǔn)格式為： . 3. 文件的屬性(具體見(jiàn)p130) 不同的文件通常有不同類(lèi)型和數(shù)量的文件屬性,圖 5-1 常見(jiàn)文件擴(kuò)展名,5.1.1.2 文件系統(tǒng)(文件系統(tǒng)的發(fā)展見(jiàn)p131) 1. 文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中實(shí)行對(duì)文件的組織、管理和存放的系統(tǒng)程序，文件系統(tǒng)是用戶(hù)和外存之間的接口。(詳見(jiàn)書(shū)p5.1) 2. 文件系統(tǒng)的層次模型（見(jiàn)p132） （如圖5-3） 3. 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)p133） 實(shí)現(xiàn)多個(gè)文件系統(tǒng)的一個(gè)明顯的方法是為每個(gè)類(lèi)型編寫(xiě)一個(gè)目錄和文件程序?，F(xiàn)在絕大多數(shù)操作系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來(lái)簡(jiǎn)化、組

3、織和模塊化實(shí)現(xiàn)過(guò)程。使用這些方法允許不同的文件系統(tǒng)類(lèi)型可以通過(guò)同樣的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn).,5.1.2 文件的分類(lèi)(見(jiàn)p134) 1. 按照文件的性質(zhì)分類(lèi) (1) 系統(tǒng)文件 (2) 庫(kù)文件 (3) 用戶(hù)文件 2. 按照文件的組織形式分類(lèi) (1) 普通文件 (2) 目錄文件 (3) 特殊文件 3. 按照文件的存取控制屬性分類(lèi) (1) 只讀文件 (2) 讀寫(xiě)文件 (3) 不保護(hù)文件 (4) 只執(zhí)行文件,4. 按照文件的數(shù)據(jù)形式分類(lèi) (1) 源文件 (2) 目標(biāo)文件 (3) 可執(zhí)行文件,5.1.3 文件系統(tǒng)的功能(見(jiàn)p134) 1. 文件系統(tǒng)的主要功能 (1) 文件在存儲(chǔ)設(shè)備上應(yīng)該按照一定的順序進(jìn)行存放，即把

4、這種存放方式稱(chēng)為文件的物理結(jié)構(gòu)。 (2) 必須對(duì)輔助存儲(chǔ)器空間進(jìn)行統(tǒng)一管理。在用戶(hù)創(chuàng)建新文件時(shí)，為其分配空閑區(qū)而在用戶(hù)刪除或修改某個(gè)文件時(shí)，回收和調(diào)整存儲(chǔ)區(qū)。 (3)完成對(duì)存放在存儲(chǔ)設(shè)備上的文件信息的查找。 (4)完成文件的共享和提供文件保護(hù)。 2. 常見(jiàn)的文件系統(tǒng)：(見(jiàn)p135)Minix、 EXT2、 EXT、 HPFS、NFS等,5.2 文件的結(jié)構(gòu),文件的結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是文件的邏輯結(jié)構(gòu)，另一種是文件的物理結(jié)構(gòu)。 5.2.1 文件的邏輯結(jié)構(gòu) (詳見(jiàn)p135) 1. 選取文件的邏輯結(jié)構(gòu)應(yīng)該遵循以下的原則： (1) 在將大批記錄組織成文件時(shí)，邏輯結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于提高檢索記錄的速度和效率。 (2

5、) 便于在文件中增加、刪除和修改一個(gè)或多個(gè)記錄。 (3) 減少文件占用的存儲(chǔ)空間，最好不要求大片的存儲(chǔ)空間。 (4) 便于用戶(hù)對(duì)文件進(jìn)行維護(hù)。 2. 常見(jiàn)的記錄式結(jié)構(gòu)文件有以下幾種(見(jiàn)p136) (1) 連續(xù)結(jié)構(gòu) (2) 多重結(jié)構(gòu) (3) 轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu) (4) 順序結(jié)構(gòu),5.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)(具體見(jiàn)p137) 通常文件的物理結(jié)構(gòu)有順序文件、鏈接文件、索引文件3種。 (1) 順序文件: (見(jiàn)p137,138,139) 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，存取速度快，常用于存放系統(tǒng)文件等固定長(zhǎng)度的文件。缺點(diǎn)：文件長(zhǎng)度不便于動(dòng)態(tài)增加，因?yàn)橐粋€(gè)文件末尾處的空塊可能已分配給其他文件。一旦增加記錄，便會(huì)導(dǎo)致大量移動(dòng)。另外，在

6、反復(fù)刪除記錄后，便會(huì)產(chǎn)生“碎片”，導(dǎo)致存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。,(2) 鏈接文件 優(yōu)點(diǎn)：不要求對(duì)整個(gè)文件分配連續(xù)的空間，從而解決了空間碎片問(wèn)題，提高了存儲(chǔ)空間利用率，也克服了順序文件不易修改的缺點(diǎn)。 缺點(diǎn)：隨即存取文件記錄時(shí)，必須按照從頭到尾的順序依次存取，其存取速度較慢，而且鏈接指針本身也要占去一定的存儲(chǔ)空間。 (3) 索引文件 優(yōu)點(diǎn)：存取、檢索速度快，能滿(mǎn)足文件動(dòng)態(tài)增刪要求 。 缺點(diǎn)：由于索引表的使用而增加 了存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)，存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)多，降低了文件存取速度 。,5.3 文件存取方法和存儲(chǔ)設(shè)備,用戶(hù)對(duì)不同種類(lèi)的文件采用不同的存取方法，以方便的對(duì)文件進(jìn)行各種操作。（具體思路見(jiàn)p140）文件的存儲(chǔ)設(shè)備分

7、為不可重復(fù)使用和可重復(fù)使用兩種。 5.3.1文件的存取方法 用戶(hù)通過(guò)對(duì)文件的存取來(lái)完成對(duì)文件的修改、追加和搜索等操作。常用的存取方法有三種（具體見(jiàn)p140） 1. 順序存取 2. 隨機(jī)存取 3. 按鍵存取,5.3.2 文件的存儲(chǔ)設(shè)備 文件的存儲(chǔ)設(shè)備分為不可重復(fù)使用和可重復(fù)使用兩類(lèi)。不可重復(fù)使用的文件存儲(chǔ)設(shè)備也稱(chēng)為I/O式字符設(shè)備，如打印紙。可重復(fù)使用的文件存儲(chǔ)設(shè)備也稱(chēng)塊設(shè)備，如磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)等。 典型的存儲(chǔ)設(shè)備的特性及其存取方法: 1. 順序存取設(shè)備:順序存取設(shè)備通常是指那些容量大、價(jià)格低的存儲(chǔ)設(shè)備。 （具體見(jiàn)p141） 2. 直接存取設(shè)備:光盤(pán)、磁盤(pán)（磁盤(pán)又分為硬盤(pán)和軟盤(pán)）都是可直接存取的

8、存儲(chǔ)設(shè)備。(具體見(jiàn)p141),5.3.3文件存儲(chǔ)空間的管理 5.3.3.1文件存儲(chǔ)空間的分配 文件存儲(chǔ)空間分配常采用連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配3種。每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。有的系統(tǒng)對(duì)3種方法都支持，但是更為常見(jiàn)的是一個(gè)系統(tǒng)只提供對(duì)一種方法的支持。 1. 連續(xù)分配: (思路具體見(jiàn)p142) 優(yōu)點(diǎn)：在順序存取時(shí)速度較快，一次可以存取多個(gè)盤(pán)塊，改進(jìn)了I/O性能，它常用于存放系統(tǒng)文件，因?yàn)檫@類(lèi)文件通常被從頭到尾一次存取。另外，也很容易直接存取文件中的任意一塊，因此，連續(xù)分配方式支持順序訪(fǎng)問(wèn)和直接訪(fǎng)問(wèn)。 缺點(diǎn)： 要求建立文件時(shí)就確定它的長(zhǎng)度，依此來(lái)分配相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，這往往很難實(shí)現(xiàn)。,5.3.3.1文

9、件存儲(chǔ)空間的分配 不便于文件的動(dòng)態(tài)擴(kuò)充，在實(shí)際應(yīng)用中，文件的內(nèi)容往往隨著執(zhí)行過(guò)程而不斷的增加。當(dāng)該文件需要擴(kuò)大空間但文件兩端空間已經(jīng)被使用時(shí)，文件無(wú)法在原地?cái)U(kuò)展。 2. 鏈接分配： 鏈接分配克服了連續(xù)分配的所有缺點(diǎn)。采用鏈接分配，每個(gè)文件是磁盤(pán)塊的鏈表。鏈接分配采用非連續(xù)的物理塊來(lái)存放文件信息，這些非連續(xù)的物理塊分布在磁盤(pán)的任何地方，它們之間并沒(méi)有順序聯(lián)系，其中每個(gè)物理塊都設(shè)有一個(gè)指針，指向其后續(xù)連接的另一個(gè)物理塊，從而使得存放同一文件的物理塊鏈接成一個(gè)串聯(lián)隊(duì)列。采用鏈接分配形成的物理文件稱(chēng)為鏈接文件或串聯(lián)文件。(具體見(jiàn)p143) 鏈接分配的另一個(gè)問(wèn)題是可靠性。,5.3.3.1文件存儲(chǔ)空間的分

10、配 3. 索引分配 索引結(jié)構(gòu)既適用于順序存取，也是用于隨機(jī)存取。索引結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是由于使用了索引表而增加了存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷(xiāo)。另外，在存取文件時(shí)，需要至少訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器兩次以上，一次是訪(fǎng)問(wèn)索引表，另一次是根據(jù)索引表提供的物理塊號(hào)訪(fǎng)問(wèn)文件信息。(具體見(jiàn)p143),5.3.3.2存儲(chǔ)空間管理 文件存儲(chǔ)空間的分配。（具體見(jiàn)p142） 文件存儲(chǔ)管理是文件系統(tǒng)的主要任務(wù)之一?？臻e管理方法一共有三種：空閑文件目錄、空閑塊鏈、位示圖。 1.空閑文件目錄（144） 這種方法是把文件存儲(chǔ)設(shè)備中的空閑塊的塊號(hào)統(tǒng)一的放在一個(gè)稱(chēng)為空閑文件目錄的物理塊中。其中空閑文件目錄的每個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)由多個(gè)空閑塊構(gòu)成的空閑區(qū)。 空閑文件項(xiàng)方法適

11、合于連續(xù)文件結(jié)構(gòu)的文件存儲(chǔ)區(qū)的分配和回收。 2. 空閑塊鏈（144） 最常用的空閑塊管理方法就是空閑塊鏈，它把文件存儲(chǔ)設(shè)備上的所有空閑塊連接在一起，當(dāng)需要空閑塊時(shí)，分配程序從鏈頭開(kāi)始摘取所需的空閑塊，然后調(diào)整鏈?zhǔn)字羔?；?dāng)回收空閑塊時(shí)，把釋放的空閑塊逐個(gè)插入到鏈尾。,5.3.3.2存儲(chǔ)空間管理 3. 位示圖 （145） 空閑文件目錄和空閑塊鏈法在分配和回收空閑塊時(shí)，都需在文件存儲(chǔ)設(shè)備上查找空閑文件目錄項(xiàng)或鏈接塊號(hào)，這必須經(jīng)過(guò)設(shè)備管理程序啟動(dòng)外設(shè)才能完成，為了提高空閑塊的分配和回收速度，可以使用位示圖進(jìn)行管理。,5.4 目錄管理,文件系統(tǒng)是通過(guò)文件目錄來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的管理的，目錄可以將文件名轉(zhuǎn)換為文

12、件在外存的物理地址。 5.4.1 文件控制塊與目錄 為了能對(duì)文件進(jìn)行正確的操作，必須對(duì)文件設(shè)置用于描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件控制塊，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括文件名以及文件的各種屬性。 1. 文件的基本信息 (1) 文件名 (2) 文件的物理位置。 (3) 文件的邏輯結(jié)構(gòu)指示文件是順序文件還是索引文件等。,5.4.1 文件控制塊與目錄 2. 存取控制信息 (1) 文件主的存取權(quán)限。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)用戶(hù)的存取權(quán)限。 (3) 一般用戶(hù)的存取權(quán)限。 3. 文件的使用信息（146） (1) 文件的建立日期和時(shí)間。 (2) 文件的修改日期和時(shí)間。 (3) 當(dāng)前使用信息。,5.4.2 目錄結(jié)構(gòu) 文件的目錄可以分為單級(jí)

13、目錄、二級(jí)目錄和多級(jí)目錄。 1. 單級(jí)目錄: (如圖5-10)（146） 單級(jí)目錄是一種最簡(jiǎn)單、最原始的目錄結(jié)構(gòu)。 利用單級(jí)目錄，文件系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)文件系統(tǒng)空間的自動(dòng)管理和按名存取。 2.二級(jí)目錄（147） 為了改變單級(jí)目錄中文件命名沖突問(wèn)題和提高對(duì)目錄表的搜索速度，單級(jí)目錄被擴(kuò)充成二級(jí)目錄。利用二級(jí)目錄，也可以方便地解決不同用戶(hù)間的文件共享問(wèn)題。,5.4.2 目錄結(jié)構(gòu) 3. 多級(jí)目錄（148） 多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)有如下的特點(diǎn)： (1) 層次清晰。 (2) 解決了文件重名的問(wèn)題。 (3) 查找搜索速度快。,5.4.3 目錄查詢(xún)技術(shù)（147） 為了實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)文件的按名存取，系統(tǒng)按下面的步驟尋找用戶(hù)所需

14、的文件: 1. 利用用戶(hù)提供的文件名，對(duì)文件目錄進(jìn)行查詢(xún)，找出該文件的FCB或索引節(jié)點(diǎn)。 2. 啟動(dòng)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序，將所需的文件讀入內(nèi)存。 3. 線(xiàn)性檢索算法。,5.5 文件的使用,為了減少存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)，我們必須提供文件的共享和保護(hù)機(jī)制，這樣才能提高系統(tǒng)的使用效率，保證文件系統(tǒng)的安全性。 5.5.1 文件的共享 （148） 為用戶(hù)提供共享文件信息的手段是文件系統(tǒng)的一個(gè)重要的任務(wù)。 從系統(tǒng)管理的角度來(lái)看有三種方法可以實(shí)現(xiàn)文件的共享，即：繞道法（如圖5-11）、鏈接法、基本文件目錄表BFD。,5.5.2 文件的保護(hù)（149） 一個(gè)文件系統(tǒng)可以定義多種不同的訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型，下面介紹幾種通用的訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型： 1

15、. 讀：從文件中讀信息。 2. 寫(xiě)：對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行寫(xiě)或重寫(xiě)。 3. 執(zhí)行：用戶(hù)可以將文件裝入內(nèi)存并執(zhí)行它。 4. 添加：將信息添加到文件末尾。 5. 刪除：刪除文件，釋放其占用的空間。 如果允許每個(gè)用戶(hù)都能讀文件，那么必須列出所有訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的用戶(hù)和文件，因此這種技術(shù)存在一些缺點(diǎn)。 1. 創(chuàng)建這樣的列表可能比較麻煩而且可能沒(méi)有用處，因?yàn)槭孪炔恢老到y(tǒng)用戶(hù)的列表。 2. 原來(lái)固定大小的目錄條目，現(xiàn)在必須隨著用戶(hù)的增加、刪除、文件或目錄的改變而動(dòng)態(tài)地變動(dòng)，這會(huì)增加磁盤(pán)空間管理的復(fù)雜性。,5.5.2 文件的保護(hù) 為了解決這些問(wèn)題，可以對(duì)訪(fǎng)問(wèn)控制表進(jìn)行精簡(jiǎn)。為了精簡(jiǎn)訪(fǎng)問(wèn)控制表，許多系統(tǒng)都為每個(gè)文件采用了三

16、種用戶(hù)類(lèi)型： 1. 文件主：創(chuàng)建文件的用戶(hù)。 2. 組：一組需要共享文件且具有相似訪(fǎng)問(wèn)的用戶(hù)形成了組或工作組。 3. 其他：系統(tǒng)內(nèi)的所有其他用戶(hù)。,5.5.3 文件的操作 （150） 不同的操作系統(tǒng)所提供的文件操作也不同，最基本的文件系統(tǒng)的調(diào)用包含6個(gè)基本操作，它們組成了所需文件操作的最小集合，其他的常用操作還包括現(xiàn)有文件中添加新信息和重命名現(xiàn)有的文件。這些基本操作可以組合起來(lái)執(zhí)行其他文件操作。下面我們簡(jiǎn)單的了解一下： 1. 創(chuàng)建文件：創(chuàng)建文件有兩個(gè)必要的步驟。 2. 寫(xiě)文件 3. 讀文件 4. 文件定位 5. 刪除文件 6. 截短文件,5.6 Windows Server 2003的文件管理

17、,Windows Server 2003的文件系統(tǒng)可以支持多種不同的文件系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)的FAT12、FAT32文件系統(tǒng)和只讀光盤(pán)CDFS、通用磁盤(pán)格式UDF、高性能HPFS以及全新的文件系統(tǒng)NTFS。 5.6.1 Windows Server 2003 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介 FAT是一個(gè)包含組成文件的數(shù)據(jù)塊信息的鏈接表。最早使用FAT文件系統(tǒng)的操作系統(tǒng)是DOS。 新的FAT文件系統(tǒng)帶來(lái)了許多特性： 1. 取消了32GB的分區(qū)的大小限制。 2. 根目錄不再放置在一個(gè)固定的位置上，而且可以重新分配。 3. 能夠放置在根目錄下的項(xiàng)目數(shù)量的限制取消了。 4. 對(duì)FAT的備份副本實(shí)際上為用戶(hù)解決了系統(tǒng)癱瘓問(wèn)題。

18、 5. 更重要的是，F(xiàn)AT32允許磁盤(pán)上有更多的簇，簇的大小是4096B，對(duì)大容量的驅(qū)動(dòng)器也是這樣。,5.6.1 Windows Server 2003 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介 NTFS5是Windows Server 2003的核心設(shè)計(jì)部分，包含以下內(nèi)容： 1. 活動(dòng)目錄 2. 磁盤(pán)配額 3. 加密 4. 分布式文件系統(tǒng) 5. 可移動(dòng)的和遠(yuǎn)程的存儲(chǔ) 對(duì)于不同的操作系統(tǒng)，根據(jù)其所支持的文件系統(tǒng)做出選擇，不同的操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的文件系統(tǒng)的關(guān)系 1. 選擇FAT或FAT32 2. 雙重引導(dǎo)的考慮,5.6.2 磁盤(pán)管理 盤(pán)塊管理常采用盤(pán)圖、鏈接等方法，不同的文件系統(tǒng)使用不同的盤(pán)塊管理方法。 1. 盤(pán)圖法 盤(pán)圖

19、也稱(chēng)字位影像圖，盤(pán)圖法是一種常用的方法，它用位的值0、1來(lái)表示磁盤(pán)上的相應(yīng)物理塊是否被分配。 2. 成組鏈接法 (1) 空閑盤(pán)塊的組織 (2) 空閑盤(pán)塊的分配與回收,5.6.3 文件管理 LFS將日志文件分成兩部分：1. 重啟動(dòng)區(qū)域。 2. 無(wú)限記錄區(qū)。 NTFS為了實(shí)現(xiàn)卷的可恢復(fù)性而執(zhí)行的操作步驟如下： 1. NTFS首先調(diào)用LFS在日志文件中記錄所有改變卷結(jié)構(gòu)的事務(wù)。 2. NTFS在高速緩存中寫(xiě)入更改卷結(jié)構(gòu)的操作。 3. 高速緩存管理器調(diào)用LFS將日志文件刷新到磁盤(pán)。 4. 高速緩存管理器把卷的變化刷新到磁盤(pán)。 NTFS在內(nèi)存中維護(hù)兩張表：1. 事務(wù)表。 2. 臟頁(yè)表。 要實(shí)現(xiàn)NTFS的卷恢復(fù)，NTFS多日志文件進(jìn)行3次掃描： 1