1、操作系統(tǒng)（文件管理）,徐鋒 Email: 南京大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系,主要內(nèi)容,概述 文件 文件目錄 文件的組織與數(shù)據(jù)存儲 文件系統(tǒng)的其他功能,概述,文件系統(tǒng)出現(xiàn)的原因 用戶直接操作和管理輔助存儲器上信息，繁瑣復(fù)雜、易于出錯、可靠性差 多道程序、分時系統(tǒng)的出現(xiàn)要求以方便、可靠的方式共享大容量輔助存儲器 文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中負責(zé)存取和管理信息的模塊，它用統(tǒng)一的方式管理用戶和系統(tǒng)信息的存儲、檢索、更新、共享和保護，并為用戶提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。,概述,文件系統(tǒng)的功能： 文件的按名存取（基本功能） 文件目錄的建立和維護（用于實現(xiàn)上述基本功能） 實現(xiàn)邏輯文件到物理文件的轉(zhuǎn)換（核心內(nèi)容

2、） 文件存儲空間的分配和管理 數(shù)據(jù)保密、保護和共享 提供一組用戶使用的操作,文件,文件 文件是由文件名字標識的一組信息的集合。 實現(xiàn)按名存取的文件系統(tǒng)的優(yōu)點： 將用戶從復(fù)雜的物理存儲地址管理中解放出來 可對文件提供各種安全、保密和保護措施 實現(xiàn)文件的共享（同名共享、異名共享）,文件,文件的命名 各操作系統(tǒng)的文件命名規(guī)則略有不同，在文件名字的格式（如合法字符集不同、是否區(qū)分大小寫等）和長度上存在差異 通常，文件名字由文件名和擴展名組成，中間用“.”分隔。前者標識文件內(nèi)容、后者標識文件特性。 通配符，”?”代表任何一個符合文件命名要求的合法字符，”*”代表任何一個合法的字符串。,文件,文件的分類

3、按用途： 系統(tǒng)文件、庫文件、用戶文件等 按保護級別： 只讀文件、讀寫文件、不保護文件等 按信息流向： 輸入文件、輸出文件、輸入/輸出文件 按存放時限： 臨時文件、永久文件、檔案文件 按存放設(shè)備類型： 磁盤文件、磁帶文件、軟盤文件,文件,文件的屬性 用于文件的管理控制和安全保護 分為： 基本屬性：文件名、所有者、授權(quán)者、長度等 類型屬性：普通文件、目錄文件、系統(tǒng)文件、隱式文件、設(shè)備文件等 保護屬性：讀、寫、可執(zhí)行、可更新、可刪除、可改變保護、歸檔等 管理屬性：創(chuàng)建時間、最后存取時間、最后修改時間等,文件類型 (-, d, l, b/c),所有者權(quán)限,其他用戶權(quán)限,同組用戶權(quán)限,文件,文件的存取方

4、法 順序存取 按記錄順序進行讀/寫操作的存取方法 可分為：固定長度記錄、可變長度記錄 直接存取 以任意次序（隨機）直接讀寫某個記錄 索引存取 基于索引文件的存取方法。（實際系統(tǒng)中，大多采用多級索引，以加速記錄的查找過程）,文件,文件的使用 兩類接口： 操作或控制臺命令，如DOS命令：dir，cd等 系統(tǒng)調(diào)用(API)，如open，write等，功能包括： 建立文件 打開文件 讀/寫文件 文件控制 關(guān)閉文件 撤消文件 ,文件目錄,什么是文件目錄？ 是文件系統(tǒng)建立和維護的關(guān)于系統(tǒng)的所有文件的清單，每個目錄項對應(yīng)一個文件的信息描述，該目錄項又稱為文件控制塊(FCB)。 目錄信息也以文件的形式存放，稱

5、為目錄文件。 文件控制塊的基本內(nèi)容： 文件存取控制信息，如文件名、用戶名、文件主存取權(quán)限等 文件結(jié)構(gòu)信息，文件邏輯結(jié)構(gòu)、文件的物理結(jié)構(gòu)等 文件使用信息，已打開該文件的進程數(shù)、文件的修改情況等 文件管理信息，文件建立日期、文件訪問日期等,文件目錄,如何實現(xiàn)“按名存取”？ 當用戶要求存取某個文件時，系統(tǒng)查找目錄文件，獲得對應(yīng)的文件目錄。 在文件目錄中，根據(jù)用戶給定的文件名尋找到對應(yīng)該文件的文件控制塊（文件目錄項） 通過文件控制塊所記錄的該文件的相關(guān)信息（如文件信息存放的相對位置或文件信息首塊的物理位置）依次存取該文件的內(nèi)容。,文件目錄,一級目錄結(jié)構(gòu) 在操作系統(tǒng)中構(gòu)造一張線性表，與每個文件有關(guān)的屬性

6、占用一個目錄項就構(gòu)成一級目錄結(jié)構(gòu)。 缺點： 重名問題（當多用戶共享一個目錄時） 難以實現(xiàn)文件共享（異名共享問題）,文件1,文件2,文件N,文件目錄,二級目錄結(jié)構(gòu) 文件目錄由兩級目錄構(gòu)成，第一級為主文件目錄用于管理所有用戶文件目錄，第二級為用戶的文件目錄，用于管理每個用戶下的文件。,用戶 文件目錄地址,A ,B , ,文件,文件,文件,文件目錄,樹形目錄結(jié)構(gòu) 二級目錄結(jié)構(gòu)的推廣成多級目錄結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為一倒置的有根樹，又稱樹形目錄結(jié)構(gòu)。 倒置樹的根稱為根目錄，從根向下，每一個樹枝為一個子目錄，而樹葉則為文件。 優(yōu)點： 較好地反映現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)集合之間的層次關(guān)系 不同文件可以重名，只要不在同一個目錄中

7、 容易以目錄為單位進行文件的保護、保密和共享,文件目錄,樹形目錄結(jié)構(gòu) 文件的全名，應(yīng)該從根目錄開始，到該文件名為止，目錄路徑+文件名。 例，/user/include/testfile.c,/,dev,bin,lib,etc,usr,tty00,tty01,sh,data,cc,fei1,fei2,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,與文件組織和存儲相關(guān)的概念 卷，是物理存儲介質(zhì)的單位，如一盤磁帶、一張光盤等。對于存儲介質(zhì)和存儲設(shè)備可分離的存儲器，物理卷和物理設(shè)備不總是一致。 塊，存儲介質(zhì)上連續(xù)信息所組成的一個區(qū)域，也叫物理記錄，是主存儲器與輔助存儲器進行信息交換的單位。 邏輯記錄，文件中按信息在邏輯上的獨

8、立含義劃分的一種信息單位，應(yīng)用程序處理的單位。 存儲記錄，指附加了操作系統(tǒng)控制信息的邏輯記錄，文件管理程序處理的單位。,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,與文件組織和存儲相關(guān)的概念 三種記錄之間的關(guān)系,邏輯記錄,存儲記錄,物理記錄,映射,映射,用戶作業(yè),存取方法,存儲設(shè)備,邏輯數(shù)據(jù)組織（面向用戶）,物理數(shù)據(jù)組織（面向設(shè)備）,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的邏輯結(jié)構(gòu) 從用戶的角度出發(fā)，在用戶概念中的抽象信息的組織方式，以及用戶可見，并可處理的數(shù)據(jù)集合。 文件按邏輯結(jié)構(gòu)分為兩種形式： 流式文件，指文件內(nèi)的數(shù)據(jù)不再組成記錄，只是依次的一串信息集合。（無結(jié)構(gòu)） 記錄式文件，是一種有結(jié)構(gòu)的文件，包含若干邏輯記錄。 邏輯

9、記錄是文件中按信息在邏輯上的獨立含意劃分的一個信息單位。,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的物理結(jié)構(gòu) 邏輯文件在物理存儲空間中的存放方法和組織關(guān)系。 文件的存儲結(jié)構(gòu)涉及： 塊（物理記錄）的劃分、記錄的排列、索引的組織、信息的搜索 常見的構(gòu)造物理結(jié)構(gòu)的方法： 計算法，設(shè)計映射算法，如線性計算法、雜湊法將邏輯地址（記錄鍵）轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的物理地址。 指針法，設(shè)置專門的指針，指明相應(yīng)記錄的物理地址或表達各記錄間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的物理結(jié)構(gòu) 幾種常見的文件物理結(jié)構(gòu)： 順序文件，連續(xù)存儲 連接文件 直接文件 索引文件,非連續(xù)存儲,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的物理結(jié)構(gòu) 順序文件 緊湊順序文件，

10、邏輯記錄連續(xù)存儲在存儲介質(zhì)的相鄰物理塊上 幾種順序文件的變種 擴展順序文件 連接順序文件 劃分順序文件,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的物理結(jié)構(gòu) 連接文件 使用連接字或指針來表示文件中各記錄之間的串聯(lián)關(guān)系，又稱串聯(lián)文件 特點：邏輯記錄順序獨立于物理記錄順序，增、刪、改方便，但性能較低。,文件目錄項,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的物理結(jié)構(gòu) 直接文件 在記錄的關(guān)鍵字與其存儲的物理地址之間建立某種對應(yīng)關(guān)系（通常采用散列函數(shù)），又稱散列文件 關(guān)鍵問題，對應(yīng)關(guān)系的沖突問題 直接散列法，將記錄鍵作為記錄的存取地址,文件的組織與數(shù)據(jù)存儲,文件的物理結(jié)構(gòu) 索引文件 系統(tǒng)為每個文件建立一張索引表，每個表目包含一個記錄

11、鍵（或邏輯記錄號）及其對應(yīng)的存儲地址。 索引可分為：稠密型索引、稀疏型索引,文件目錄項,記錄1,記錄2,記錄N,塊,塊,塊,地址,關(guān)鍵字或邏輯記錄號,文件系統(tǒng)的其他功能,文件卷的安裝和使用 文件卷，又稱文件子系統(tǒng)，存放文件和目錄信息，也存放文件屬性、空閑區(qū)域信息。通常，存儲介質(zhì)的物理單位為一個卷。（硬盤的一個分區(qū)為一個卷） Windows/Dos系統(tǒng)中，不需用戶顯式地進行文件卷安裝操作。 UNIX/Linux系統(tǒng)中，每個文件卷需要安裝才能使用。文件系統(tǒng)可分為基本文件系統(tǒng)和可裝卸地子文件系統(tǒng)兩部分。(mount操作),文件系統(tǒng)的其他功能,文件共享 文件共享是指不同用戶（進程）間共同使用同一個文件。 文件共享還可以節(jié)省大量的外存空間，有效減少文件復(fù)制而增加的訪問外存次數(shù) UNIX系統(tǒng)中常見的共享文件方式： 靜態(tài)共享 動態(tài)共享 符號鏈接共享,文件系統(tǒng)的其他功能,輔存空間管理 輔存空間分配的常見分配方法： 連續(xù)分配，文件被存放在輔存空間的連續(xù)存儲區(qū)。 非連續(xù)分配， 按塊（扇區(qū)）為單位非連續(xù)分配 按簇為單位的非連續(xù)分配 文件存儲空間管理方法： 位示圖