操作系統(tǒng)第5章輔導與自測

1、第5章 文件系統(tǒng) 輔導與自測5.1 本章知識點 操作系統(tǒng)管理的資源有硬資源和軟資源，軟資源的一個重要方面指的是文件。我們的程序和數(shù)據等都要以文件的形式存放在系統(tǒng)中，所以文件系統(tǒng)與用戶的關系也最為密切。操作系統(tǒng)通過管理多種存儲設備來執(zhí)行抽象的文件概念。由于計算機系統(tǒng)需要處理的信息量太大，不可能把所有的信息全部保存到內存中，而往往將其中的絕大部分保存在外存，通常是保存在磁盤中，只有那些相對穩(wěn)定（即不經常使用與修改）的信息才保存在磁帶中。然而，在多用戶系統(tǒng)中，既要保證各用戶的信息存放位置不沖突，又要防止任一用戶大量占用外存空間而不使用；既要保證用戶的信息不被非法竊取或破壞，又要允許在許可的情況下多個

2、用戶共享。顯然，這一切都是單個用戶無法勝任的，需要有一個公共的管理機構來負責統(tǒng)一使用外存空間，管理外存空間的信息，這就引入了文件系統(tǒng)。本章的主要知識點為：（1）文件分類文件是被命名的數(shù)據的集合體，是由操作系統(tǒng)定義和實施管理的抽象數(shù)據類型?？梢詮牟煌慕嵌葋韯澐治募念愋停?按用途分為：系統(tǒng)文件、庫文件、用戶文件；按文件中的數(shù)據形式分為：源文件、目標文件、可執(zhí)行文件；按存取權限分為：只讀文件、讀寫文件、可執(zhí)行文件；按保存時間分為：臨時文件、永久文件；在UNIX/Linux和MS-DOS系統(tǒng)中，文件分為普通文件、目錄文件和特殊文件。而普通文件又分為ASCII文件和二進制文件兩種。不同的文件系統(tǒng)對文

3、件的命名規(guī)則是不同的，通常由文件名和擴展名（即后綴）組成。一般利用擴展名可區(qū)分文件的屬性。（2）文件系統(tǒng)的功能文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中負責操縱和管理文件的一整套機制，它實現(xiàn)文件的共享和保護，方便用戶“按名存取”。文件系統(tǒng)為用戶提供了存取簡便、格式統(tǒng)一、安全可靠的管理各種文件信息的方法。一般說來，文件系統(tǒng)應具備以下功能：文件管理（如創(chuàng)建/刪除文件，對文件的各種操作等）、目錄管理（創(chuàng)建/刪除目錄項，權限驗證等）、文件存儲空間的管理（如外存空間的分配與回收）、文件的共享和保護以及提供方便的對外接口（如實現(xiàn)按名存取，文件系統(tǒng)調用等）。（3）文件的邏輯組織和物理組織從用戶觀點出發(fā)所見到的文件組織形式稱為文件

4、的邏輯組織。文件的邏輯組織離不開文件的實際物理結構，同時又與文件的存取方法有關。系統(tǒng)設計人員看待文件時要考慮文件具體在存儲設備中如何放置、如何組織目錄、如何實現(xiàn)存取等細節(jié)，這與存儲介質的存儲性能有關。文件在存儲設備上的組織形式稱為文件的物理組織。文件的邏輯組織有兩種形式：有結構文件和無結構文件。有結構文件又稱為記錄式文件，它又分為定長和變長的記錄文件。而無結構文件又稱為字符流文件，UNIX/Linux系統(tǒng)中文件都采用流式文件。用戶對文件的存取通常有順序存取和隨機存取兩種。文件通常存放在磁盤上的盤塊上，文件的物理組織涉及文件的信息如何在磁盤上放置?；镜奈募锢斫M織形式有：連續(xù)文件、鏈接文件、索

5、引文件和多重索引文件。它們各有優(yōu)缺點，當然后者性能更佳。（4）目錄文件操作系統(tǒng)核心對文件的管理是通過文件控制塊實施的。每個文件有唯一的文件控制塊。在UNIX/Linux系統(tǒng)中把它稱為I節(jié)點。由文件控制塊構成的文件稱作目錄文件，簡稱目錄。文件控制塊就是其中的目錄項。將文件名轉換成該文件在外存的物理位置，即實現(xiàn)文件名與其存放盤塊之間的映射，這是文件目錄所提供的最基本的功能。文件目錄的組織與結構是文件系統(tǒng)的一個重要方面，也反映了文件系統(tǒng)的特色。一般來說文件目錄的組織形式分為單級目錄、二級目錄、樹形目錄和非循環(huán)圖目錄。單級目錄最簡單，但存在重名問題，難以保證所有文件的名字都是唯一的。二級目錄為各個用戶

6、單獨建立一個目錄，從而解決了上述問題，每個用戶的文件都在他自己的目錄下。為使用方便，對二級目錄進行擴展，成為樹形文件目錄。這種多分支多層次的目錄結構允許用戶創(chuàng)建自己的子目錄，便于用戶更合理地組織其文件。非循環(huán)圖目錄結構是帶鏈接的樹形目錄結構，它利于實現(xiàn)對文件或目錄的共享。UNIX/Linux系統(tǒng)中的目錄結構就采用帶鏈接的樹形目錄結構。（5）文件存儲空間的管理文件存儲空間的管理是對外存空間中空閑盤塊的管理。創(chuàng)建新文件或擴充老文件時，需要申請空閑盤塊；刪除文件時要回收釋放的文件塊。對空閑盤塊的管理方式主要有：空閑盤塊表、空閑塊鏈接、位示圖和空閑塊成組鏈接等。（6）文件的共享與文件系統(tǒng)的安全性文件的

7、共享與文件系統(tǒng)的安全性是文件系統(tǒng)中的一個重要問題。文件的共享是指一個文件被多個用戶或進程使用。目的是節(jié)省時間和存儲空間，減少了用戶工作量。文件鏈接是實現(xiàn)文件共享的有效途徑，分為硬鏈接和符號鏈接。由于文件是多數(shù)計算機系統(tǒng)中主要的信息存儲機制，既要實現(xiàn)共享，又必須加以保護。為了實現(xiàn)文件系統(tǒng)的安全，文件需要保護和保密。對文件的存取控制可分別由存取類型來設定，如讀、寫、執(zhí)行等，也可以通過命名、口令、存取權限或者加密的方法實現(xiàn)對文件的保護和保密。文件信息可能因硬件或軟件的故障而遭到損壞，為此必須加強對文件系統(tǒng)的可靠性管理，如文件系統(tǒng)的備份和必要時的恢復。備份就是把硬盤上的文件轉儲到其他外部介質上。（7）

8、Linux文件系統(tǒng)Linux系統(tǒng)的一個重要特征就是支持多種不同的文件系統(tǒng)，目前，Linux主要使用的文件系統(tǒng)是ext2和ext3。ext2文件系統(tǒng)將邏輯塊劃分成塊組，每個塊組重復保存著一些有關整個文件系統(tǒng)的關鍵信息，以及實際的文件和目錄的數(shù)據塊。Linux系統(tǒng)提供了虛擬文件系統(tǒng)（VFS）。通過VFS將不同文件系統(tǒng)的實現(xiàn)細節(jié)隱藏起來。Linux文件系統(tǒng)可以根據需要隨時裝卸，從而實現(xiàn)文件存儲空間的動態(tài)擴充。UNIX/Linux系統(tǒng)的管道文件獨具特色。管道文件按FIFO方式工作，它是同族進程間進行大量信息傳送的有力工具。5.2 典型例題解析 【例1】判斷正誤：文件系統(tǒng)中文件的內容只能是源代碼。（）答

9、案 錯誤分析 文件是信息的一種基本組織形式，可以是有格式的，也可以是無格式的。文件的內容是一組信息的集合，可以是源代碼、二進制代碼、文本文檔、表格、數(shù)據、聲音和圖像等?！纠?】文件系統(tǒng)的主要目的是（）。A實現(xiàn)對文件的按名存取 B實現(xiàn)虛擬存儲C提供外存的讀寫速度 D用于存儲系統(tǒng)文件答案 A分析 所謂文件系統(tǒng)，就是操作系統(tǒng)中負責操縱和管理文件的一整套設施，它實現(xiàn)文件的共享和保護，方便用戶“按名存取”。文件系統(tǒng)為用戶提供了存取簡便、格式統(tǒng)一、安全可靠的管理各種文件信息的方法?！纠?】下列文件的物理結構中，不利于文件長度動態(tài)增長的文件物理組織形式是（）。A連續(xù)文件 B鏈接文件 C索引文件 D系統(tǒng)文件答

10、案 A分析 此題主要考查文件的物理結構，即文件在存儲設備上是如何放置的。文件的物理組織形式有連續(xù)文件、鏈接文件、索引文件和多重索引文件。（1）連續(xù)文件是把一個在邏輯上連續(xù)的文件存放在連續(xù)編號的物理塊中，或者說連續(xù)文件是一種邏輯記錄順序和物理塊的順序相一致的文件結構。磁帶機是一種順序存取的存儲設備。優(yōu)點：存取信息的速度快，常用于存放系統(tǒng)文件，如操作系統(tǒng)、編譯程序等。缺點：要求建立文件時就確定它的長度；不便于文件的動態(tài)擴充，對文件進行增、刪、改相當麻煩；磁盤的存儲空間的利用率不高，出現(xiàn)外部碎片，造成空間浪費。（2）鏈接文件把順序的邏輯記錄存放在不連續(xù)的磁盤塊上，并用指針把這些磁盤塊按邏輯記錄的順序

11、鏈接起來。優(yōu)點：允許用戶擴充文件，或刪除文件中的某些記錄；磁盤空間利用率高。由于不需要連續(xù)存放，所以可以充分利用磁盤中的每一個空閑塊。缺點：一般僅適于對信息的順序訪問，不利于對文件的隨機存取；由于物理塊上增加了一個鏈接字，帶來了系統(tǒng)管理負擔；可靠性差。（3）索引文件為每個文件建立一張索引表，指出文件中每個記錄的存放地址。優(yōu)點：便于增、刪文件的記錄；既適合順序存取又適合隨機存??；磁盤空間的利用率高。缺點：索引表本身也占用存儲資源，帶來了空間開銷?！纠?】 文件系統(tǒng)采用樹形目錄結構后，對于不同用戶的文件，其文件名（）。A應該相同 B應該不同C可以不同，也可以相同 D受系統(tǒng)約束答案 C分析 此題考查

12、文件目錄的組織方式。文件目錄的組織形式分為單級目錄、二級目錄和樹形目錄和非循環(huán)圖目錄。單級目錄的優(yōu)點是簡單，能實現(xiàn)“按名存取”。但也有很多缺點，如查找速度慢，不允許文件重名；不便于文件的共享等。從二級目錄開始解決了多用戶間文件的“重名”問題，也提高了檢索目錄的速度，不同的用戶可以用不同的文件名來訪問系統(tǒng)中同一共享文件。下圖所示為一個樹形目錄，LIU和LI是不同的用戶，他們的文件名可以不同，也可以相同（如TASK1）。圖 樹形目錄結構【例5】文件的存儲空間管理實質上是組織和管理（）。A文件目錄 B輔存已占用區(qū)域C輔存空閑塊 D進程控制塊答案 C分析 教材中介紹了基于磁盤文件的存儲空間管理技術，如

13、空閑盤塊表法、空閑塊鏈接法、位示圖法和成組鏈接法。這些技術是針對外存（即輔存）空間上的空閑盤塊的。通過這些方法來有效地對外存空閑盤塊的分配和回收進行管理，提高對文件的訪問速率。【例6】在UNIX系統(tǒng)中，某文件的使用權限設置為754，則表示（）。A文件主可讀、寫、執(zhí)行 B同組用戶僅能讀C其他用戶可讀、寫、執(zhí)行 D同組用戶僅能寫答案 A分析 在UNIX系統(tǒng)中，對文件存取權限的規(guī)定用9位二進制位表示，分成3個域，每個域3位，分別是rwx，控制讀、寫和執(zhí)行操作；3個域分別表示文件主、同組用戶和其他用戶所具有的權限。某文件的保護信息是754，則其二進制為：111101100文件主同組用戶其他用戶表示其文

14、件創(chuàng)建者（即文件主）可讀、寫和執(zhí)行，同組用戶可讀和執(zhí)行，其他用戶只可讀。5.3 練習題 一、選擇題（選擇一個正確答案的代碼填入括號中）1. 文件管理實際上是管理（）。A主存空間 B輔助存儲空間C邏輯地址空間 D物理地址空間2. 操作系統(tǒng)實現(xiàn)“按名存取”的關鍵在于解決（）。A. 文件邏輯地址到文件具體的物理地址的轉換B. 文件名稱與文件具體的物理地址的轉換C. 文件邏輯地址到文件名稱的轉換D. 文件名稱到文件邏輯地址的轉換3. 按文件用途來分，編譯程序是（）。A用戶文件 B檔案文件 C系統(tǒng)文件 D庫文件4.在UNIX/Linux系統(tǒng)中，用戶程序經過編譯之后得到的可執(zhí)行文件屬于（）。AASCII文

15、件 B普通文件 C目錄文件 D特別文件5. 特別文件是與（）有關的文件。A文本 B圖像C硬件設備 D二進制數(shù)據6. 下列描述不是文件系統(tǒng)功能的是（）。A建立文件目錄 B提供一組文件操作C實現(xiàn)對磁盤的驅動調度 D管理文件存儲空間7. 文件的邏輯組織是（）的文件組織形式。A在外部設備上 B從用戶觀點看C虛擬存儲 D目錄8. 由一串字符序列組成，文件內的信息不再劃分可獨立的單位，這是指（）。A流式文件 B記錄式文件 C順序文件 D鏈接文件9. 數(shù)據庫文件的邏輯結構形式是（）。A流式文件 B檔案文件 C記錄式文件 D只讀文件10. 與文件物理組織形式有關的是（）。A文件長度 B記錄的個數(shù)C文件目錄結構

16、 D用戶對文件的存取方法11. 在以下的文件物理存儲組織形式中，常用于存放大型系統(tǒng)文件的是（）。A連續(xù)文件 B鏈接文件 C索引文件 D多重索引文件12. 鏈接文件解決了連續(xù)文件存在的問題，它（）。A使用指針存入主存，速度快 B適合于隨機存取方式C不適用于順序存取 D提高了存儲空間的利用率13. 文件系統(tǒng)為每個文件另建立一張指示邏輯記錄和物理記錄之間的對應關系表，由此表和文件本身構成的文件是（）。A連續(xù)文件 B鏈接文件 C索引文件 D邏輯文件14. 若用戶總是要求用隨機存取方式查找文件記錄，則使用索引文件比使用鏈接文件（）。A麻煩 B方便 C一樣 D有時方便有時麻煩15. 文件名與（）的轉化是通

17、過文件目錄來實現(xiàn)的。A邏輯地址 B物理地址 C文件內部名 D文件記錄16. 如果文件系統(tǒng)中有兩個文件重名，不應采用（）結構。A單級目錄 B樹形目錄C二級目錄 D非循環(huán)圖目錄17. 文件系統(tǒng)采用二級文件目錄可以（）。A縮短訪問存儲器的時間 B解決同一用戶間的文件命名沖突C節(jié)省內存空間 D解決不同用戶間的文件命名沖突18. 在二級目錄結構中，同一個用戶不同文件的文件名（）。A可以相同 B可以不同 C一定不同 D應該相同19. 樹形目錄結構的主文件目錄稱為（）。A父目錄 B根目錄 C子目錄 D用戶文件目錄20. 當前目錄是/usr/meng，其下屬文件prog/file.c的絕對路徑名是（）。A/u

18、sr/meng/file.c B/usr/file.c C/prog/file.c D/usr/meng/prog/file.c21. 在下述文件系統(tǒng)目錄結構中，能夠用多條路徑訪問同一文件（或目錄）的目錄結構是（）。A單級目錄 B二級目錄 C純樹形目錄 D非循環(huán)圖目錄22. 在UNIX系統(tǒng)中，磁盤存儲空間空閑塊的鏈接方式是（）。A空閑塊鏈接法 B位示圖法 C空閑盤塊表法 D空閑塊成組鏈接法23. 為防止用戶共享文件時破壞文件，往往采用（）方式。A設置口令 B加密 C規(guī)定存取權限 D定期備份 24. 下列屬于文件保密技術的是（）。A建立副本 B定期備份 C設置口令 D規(guī)定存取權限 25. 用ls

19、命令以長格式列目錄信息時，若某一文件的特征在文件列表中按如下順序顯示在屏幕上：drwxrw-r- 2 user gk 3564 Oct 28 10:30 /user/asD.h則同組用戶的訪問權限是（）。A讀和執(zhí)行 B讀、寫、執(zhí)行 C寫和執(zhí)行 D讀和寫 二、判斷題（正確的劃，錯誤的劃×。）1. 順序結構是一種邏輯記錄順序和物理塊的順序相一致的文件結構。（）2. 可順序存取的文件不一定能隨機存?。坏呻S機存取的文件都可以順序存取。（）3. 一般的文件系統(tǒng)都是基于磁盤設備的，而磁帶設備可以作為轉儲設備使用，以提高系統(tǒng)的可靠性。（）4. 在文件系統(tǒng)的支持下，用戶需要知道文件存放的物理地址。（）5. 隨機訪問文件也能順序訪問，但一般效率較差。（）6.