第10講文件管理

第十講文件管理華軟軟件工程系文件系統(tǒng)的引入在計算機上需要用到的程序、數(shù)據(jù)等信息存放在哪里？如何組織？用戶是否需要知道上述信息的物理存放地址才能存取訪問呢？用戶通過哪種方式完成文件的存?。课募芾砀攀龈攀鑫募到y(tǒng)是OS中對文件進行控制和管理的模塊文件系統(tǒng)的功能：負責管理文件為用戶提供簡單而又統(tǒng)一的存取和管理文件的方法文件系統(tǒng)設計目標方便用戶使用提高文件檢索速度提供文件共享提供文件安全性保證和提高存儲文件的外存資源利用率文件管理概述基本概念文件：存放在外存上信息的集合。從用戶的角度看，文件是外存的最小分配單元，即數(shù)據(jù)必須組織在文件中，否則不能寫入外存。文件名：對文件的外部唯一標識。文件名以字符串的形式描述。文件屬性：對文件更細節(jié)的描述包含有：文件名（外部標識）、文件標識符（內(nèi)部標識）、類型、位置、大小、權限、時間日期、用戶等圖：文件和文件名圖：文件屬性文件管理概述(2)文件系統(tǒng)：是操作系統(tǒng)中負責管理和存取文件信息的軟件機構組成：相關數(shù)據(jù)結構、系統(tǒng)程序、系統(tǒng)調(diào)用（接口）功能：實現(xiàn)對存儲設備上空間的組織、分配；對文件進行存取、保護、檢索。它向用戶提供簡單的使用界面：“按名存取”，是用戶與外存之間的接口。文件分類按文件性質(zhì)和用途分：系統(tǒng)文件、庫文件、用戶文件按文件的訪問方式分:順序存取文件和隨機存取文件文件結構：指文件的組織形式，分為邏輯結構和物理結構邏輯結構：由用戶定義并對用戶可見物理結構：由OS定義并對用戶透明文件管理概述(3)文件的邏輯結構及其存取文件的邏輯結構（兩種）字符流式文件：構成文件的基本單位是字符，文件是有邏輯意義的、無結構的一串字符的集合。整個文件就是一個無結構字節(jié)序列。如源程序、可執(zhí)行文件記錄式文件：文件是由若干個記錄組成，每個記錄有一個鍵，可按鍵進行查找。記錄式文件是有結構的文件?？煞譃槎ㄩL記錄文件、變長記錄文件文件管理概述(4)一條記錄一個字節(jié)字節(jié)序列記錄序列文件管理概述(5)文件的存取方法順序存取：按照文件的邏輯地址順序存取隨機存?。喊从涗浱柎嫒。ㄓ涗浳募┗虬粗付ǖ倪壿嫷刂罚ㄗx寫位置）存取（流式文件）按鍵存?。喊从涗浀拿Q或Key存取(記錄文件)文件的物理結構與存儲設備基本概念文件的物理結構是指文件在外存上的存放方式，以及與邏輯結構之間的映射關系，是文件的存儲結構物理結構決定了邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換效率物理結構確定了文件在存儲介質(zhì)上的物理組織形式選擇物理結構時幾個標準：存取快速、更新容易、節(jié)省存儲空間、管理簡單、可靠性好文件管理概述(6)文件的物理結構從文件在存儲介質(zhì)上的存放方式看，可分為：連續(xù)結構、串聯(lián)（鏈接）結構、索引結構三種連續(xù)（順序）結構一個文件的信息存放在若干連續(xù)的物理塊中優(yōu)點:簡單,支持順序和隨機存取,順序存取速度快,尋道時間最少.缺點:文件不能動態(tài)增長,不利于文件插入和刪除,存在碎片問題文件管理概述(7)串聯(lián)（鏈接）結構一個文件的信息存放在若干不連續(xù)的物理塊中，各塊之間通過指針連接，前一個物理塊指向下一個物理塊。優(yōu)點：提高了磁盤空間利用率,不存在外部碎片問題，有利于文件插入和刪除，有利于文件動態(tài)擴充缺點：存取速度慢，不適于隨機存取；可靠性問題，如指針出錯；更多的尋道次數(shù)和尋道時間；鏈接指針占用一定的空間。鏈接結構的一個變形:文件分配表FAT文件管理概述(8)串聯(lián)結構：用非連續(xù)的物理塊來存放信息文件管理概述(9)文件名始址末址jeep92501234567891011121314151617181920212223242526272829303111016-125FAT：串聯(lián)結構的變形文件管理概述(10)索引結構一個文件的信息存放在若干不連續(xù)物理塊中，系統(tǒng)為每個文件建立一個專用數(shù)據(jù)結構--索引表，并將這些塊的塊號存放在一個索引表中。優(yōu)點：保持了鏈接結構的優(yōu)點,又解決了其缺點，即能順序存取,又能隨機存取，滿足了文件動態(tài)增長、插入刪除的要求，也能充分利用外存空間。缺點：較多的尋道次數(shù)和尋道時間，索引表本身帶來了系統(tǒng)開銷，如：內(nèi)外存空間，存取時間。文件管理概述(11)為每個文件分別建立邏輯塊號與物理塊號的對照表索引結構012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名索引表地址Jeep199171102519文件目錄文件管理概述(12)

因索引表而增加了存儲空間的開銷，存取文件時需至少訪問文件存儲器兩次以上，降低了存取速度多重索引結構文件管理概述(13)文件的存儲設備概述常用的存儲設備有磁盤、磁帶、光盤等，其中磁盤又可分為硬盤、軟盤、U盤等存儲設備上的空間被分成同大小的物理塊存儲設備的特性決定了可能的物理結構和存取方法存取設備分為：順序存取設備和直接存取設備順序存取設備：從前到后依次訪問物理塊，如磁帶直接存取設備：允許直接存取設備上的任意物理塊，如磁盤、光盤等文件管理概述(14)物理塊：有時也稱為簇，為分配單位在文件系統(tǒng)中，文件的存儲設備通常被劃分成若干大小相等的物理塊。同時也將文件信息劃分成相同大小的邏輯塊，所有塊各自統(tǒng)一編號。信息的存儲、傳輸，分配以塊為單位進行磁盤存取物理塊的時間與該塊所處的位置無關磁盤一般由若干盤片組成,每個盤片被格式化成若干磁道，每條磁道被劃分成若干扇區(qū)，每個扇區(qū)可存放同樣的信息（字節(jié)數(shù)）可由柱面、磁頭、扇區(qū)確定磁盤上的位置文件管理概述(15)軟盤（光盤結構類似）由軟盤驅(qū)動器、驅(qū)動軟件、存儲介質(zhì)（盤片）組成有5吋盤、3吋盤之分每張軟盤只有一張盤片（單面、雙面），有360K、1.2M、1.44M之分盤片被格式化成磁道（0-39或0-79）、磁道被劃分成扇區(qū)（1-18等）、雙面（0-1）硬盤（組成和分類，類似軟盤）信息記錄在磁道上，多個盤片，正反兩面都用來記錄信息，每面一個磁頭所有盤面中處于同一磁道號上的磁道組成一個柱面物理地址形式：磁頭號(盤面號)、磁道號(柱面號)、扇區(qū)號文件管理概述(16)磁道扇區(qū)軟盤結構示意圖文件管理概述(17)柱面扇區(qū)磁臂磁頭硬盤文件管理概述(19)文件存儲空間的管理概述存儲空間的管理,實際上時對空閑塊的組織和管理管理內(nèi)容包括：空閑塊的組織、分配、回收常見管理方法：空閑文件目錄、空閑塊鏈、位示圖空閑文件目錄將一片連續(xù)的空閑塊作為一個空閑文件為每個空閑文件分配一“目錄”項，所有的目錄項組成空閑文件目錄，參見下圖示（課本P209表7-1）………320,21,22,23,24520213,14,1531315,6,7,8450物理塊號塊數(shù)起始塊序號文件管理概述(20)空閑塊鏈將所有的空閑塊通過指針鏈接起來，形成一個鏈表常見鏈接方法按空閑塊大小順序鏈接（需額外的系統(tǒng)開銷）按釋放的先后順序鏈接（需額外的系統(tǒng)開銷）成組鏈接（Unix&Linux使用）位示圖用2進制位（bit）表示物理塊是否被分配，每個bit代表一個物理塊，1代表已分配，0代表空閑。響應請求分配時，找0位分配，并置為1回收時，將物理塊對應的位（bit）置為0即可一般將位示圖放在內(nèi)存中文件管理概述(21)文件目錄管理文件的組成：文件說明+文件體OS使用一個數(shù)據(jù)結構FCB（文件控制塊）存放文件說明的全部信息FCB結構至少包含的信息：基本信息：文件名、文件物理位置、文件結構（邏輯結構和物理結構）存取控制信息:用戶(文件主、標準用戶、普通用戶)的存取權限，實現(xiàn)文件的共享和保密使用信息：文件的創(chuàng)建、修改等時間（日期和時間），當前使用的狀態(tài)信息文件管理概述(22)文件目錄項、目錄文件和i結點一個文件目錄項，就是其FCB由當前目錄下所有目錄項組成的文件，稱目錄文件在Unix、Linux中，目錄項（FCB）被拆分成2部分：目錄項：16Bytes。文件名14B、i結點指針2Bi結點:索引節(jié)點，64B。包含文件屬性、共享目錄數(shù)、時間、物理塊號、文件長度等Unix、Linux的FCB為80Bytes目錄項1目錄項2………..目錄項n目錄文件FCBUnix&Linux中的FCB目錄項16Bytesi結點64Bytes目錄項、目錄文件及i結點的關系文件管理概述(23)文件目錄結構：指目錄文件的組織形式概述文件目錄結構是指目錄文件的組織形式常見的目錄結構有：一級、二級、多級目錄一級目錄文件系統(tǒng)在每個介質(zhì)上只建一個目錄文件目錄文件中的每個目錄項，對應一個文件的FCB缺點：不可重名、查詢速度慢、不便文件共享二級目錄第一級為系統(tǒng)目錄，又稱主目錄（MFD），包含用戶名及指向該用戶目錄文件（UFD）的指針第二級為用戶目錄（UFD），包含該用戶所有文件的文件目錄項文件管理概述(24)多級目錄采用樹狀數(shù)據(jù)結構組織文件目錄和文件只有樹葉（最末一級）描述的是“信息文件”從根目錄開始經(jīng)過N級子目錄到達信息文件任何一級都有一個目錄文件，其目錄項都對應另一目錄文件（下級）或信息文件優(yōu)點層次清晰、便于管理無重命名問題查找快速方便文件共享文件管理概述(25)一級目錄結構文件管理概述(26)二級目錄結構文件管理概述(27)多級目錄結構文件管理概述(28)文件共享與保護文件共享讓指定的用戶、按照指定的存取方式共同使用文件。常用的文件共享方法：繞道法、鏈接法、基本文件目錄表法（BFD）（1）繞道法：一直向上級目錄返回，直到共享文件同一路徑的交叉點，再向下沿共享文件路徑訪問共享文件（2）鏈接法：在當前目錄下建立一目錄項，地址指向被共享的文件目錄文件管理概述(29)BCB1B2C1C2C3B21B22C11b21c11c2c3b21共享文件交叉點繞道法共享當前目錄BCB1B2C1C2C3B21B22C11b21c11c2c3b21共享文件當前目錄鏈接法共享文件管理概述(31)（3）基本文件目錄表法（BFD）將文件目錄分成2部分：BFD和SFDBFD：基本文件目錄表，存放文件目錄信息中除文件名之外的其他信息SFD:符號文件目錄表，存放文件名及內(nèi)部標識ID共享方法在內(nèi)部標識ID與SFD或BFD的物理塊號之間建立一個索引表，該表的內(nèi)部標識（ID）為0將所有的空閑文件目錄組織成一個表，ID為1根目錄為主目錄（MFD），內(nèi)部標識ID為2其余所有目錄的SFD或BFD的內(nèi)部標識ID從3開始編號（分配）共享方法參見下圖講解例：基本文件目錄表法（BFD）例：用戶進程需要查詢/Wang/sub/n.c文件，操作系統(tǒng)響應后按下述步驟在下圖中查詢。1.在ID號為2的主目錄中找Wang，得到其ID號為42.由ID號為4的SFD中找sub1,得到ID號為83.再在ID號為8的SFD中找n.c,得到ID號為94.最后在ID號為9的BFD中得到該信息文件的物理地址。

N

…

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0物理塊號內(nèi)部標識索引表文件管理概述(32)空閑文件目錄4

Wang3Zhang主目錄MFDID6

z.doc5x.cZhang.SFDID5y.c8sub17m.txtWang.SFD--ID

9n.cSub1.SFD--IDx.c|y.cz.docm.txtn.cBFD文件管理概述(33)文件保護定義：根據(jù)不同用戶的權限對文件進行存取權限的控制和保密控制存取控制方法存取控制矩陣：用一個二維表描述所有文件、所有用戶之間的讀寫執(zhí)行（RWE）權限存取控制表：用一個二維表描述