《计算机系统与系统软件》PPT电子课件教案-第八章文件系统.ppt

第八章 文件系统,信息组织 逻辑组织数据结构 物理组织数据库系统,第一节 概念,文件：文件是在逻辑上具有完整意义的一组信息的集合，有一个名字供标识，是文件系统存储和加工的基本逻辑部件。 具有符号名的信息项的集合； 具有符号名的记录的集合。 域：一组相关的字符 记录：一组相关的域 文件：,分类,按照用途分类： 系统文件：有关os及其它系统程序的信息组成的文件，不对用户开放，仅供系统调用。 库文件：由标准子程序及常用应用程序所组成，允许用户调用，不允许修改。 用户文件：用户信息组成。,保护级别： 只读、读写、不保护 性质： 普通、目录、特别,文件系统,是操作系统中统一管理信息资源的一种软件。管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。 用户角度：建立文件、读写文件、修改、复制、撤消、对文件的按名存取、对文件进行存取控制etc。,文件系统的功能,1、统一管理文件的存储空间，实施存储空间的分配与回收； 2、实现文件从名字空间到外存地址空间的映射，即实现按名存取，以对用户透明的管理名字空间； 3、实现文件信息的共享，并提供文件的保护和保密措施； 4、向用户提供一个方便使用的接口； 5、系统维护及向用户提供有关信息； 6、保持文件的执行效率； 7、提供与i/o的统一接口。,文件结构,逻辑结构：流式文件（源代码、目标代码）：基本信息单位为字节或字，其长度是所含字节的数量。节省存储空间。 记录式文件：由若干记录构成，记录有编号。定长、不定长。结构,文件逻辑结构的存取方法,1、顺序存取 严格按文件信息单位排列的顺序依次存取。当打开一个文件时，文件的存取指针指向第一个信息单位（第一个字节或第一个记录），每存取一个信息单位，存取指针加1指向下一个信息单位，如此类推。 2、随机存取直接存取 用户使用时希望随机存取所需的信息，如存取文件中的某个记录。每次存取前必须先确定存取的位置。,索引一例,文件存储空间,顺序索引表,文件的物理结构,1、连续结构 一个逻辑文件的信息存放在外存中一片连续编号的物理块中。 物理介质：连续结构的物理介质只能使用顺序存取方式；随机结构的物理介质既可以采用顺序也可以采用随机存取方式。 2、随机结构链接结构 存放文件信息的每一个物理块中有一个指针，用来指向下一个物理块。,a,100,100,150,130,180,180,130,150,文件目录,物理块,文件的链接结构,特点：链接结构适合与顺序存取，因为获得一个物理块必须先访问上一个物理块。 3、索引结构 适合于随机存取方式,文件物理结构的比较,动态增长； 创建文件时是否要求给出文件的长度 充分利用存储空间,文件目录,文件目录的组成： 按名存取，用户只需要给出文件的符号名就能方便的存取在外存空间中，不必关心物理地址，而实现文件符号名到文件物理地址的映射的主要环节是检索文件目录。 fcb文件控制块 文件目录是文件控制块的有序集合,fcb的内容,文件名、文件号、用户名、文件地址、文件长度、文件类型、文件属性、共享计数、文件的建立日期、保存期限、最后修改日期、最后访问日期、口令、文件逻辑结构、文件物理结构etc。,目录文件,为了实现对文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式长期保存在外存中，这样的文件称为目录文件，通常它是长度固定的记录式文件。,文件目录的结构,一级文件目录结构 二级文件目录结构 多级文件目录结构,一级文件目录结构,二级文件目录结构,主目录,多级文件目录结构,路径 由根目录和各级目录组成，为了管理方便，除根目录外，其他各级目录都以目录文件的形式保存。根目录中的每个目录项可以对应一个目录文件，也可以对应一个数据文件，同样对于目录文件的每个目录项可以对应一个目录文件，也可以对应一个数据文件-。,工作目录：当前目录ms-dos,文件操作,fcb 创建、保存、打开、关闭、修改、撤销 .doc 看 .exe,文件的创立,用户需向系统提出创立文件的请求，并给出创立文件的文件名、路径名、文件控制等信息。 系统创立文件要做的工作： 1、在用户指定的目录中找到一个空闲的目录项； 2、在内存中申请一个存放fcb的存储区； 3、把用户给出的文件名、存取控制信息填到fcb中； 4、把文件所在的设备号填到fcb中，并将文件读写指针置为零； 5、向请求者返回fcb首地址或文件号。,文件的打开与关闭,用户提出请求，给出要打开文件的路径名、操作类型（读或写）、存取控制信息等。 系统的工作： 1、根据用户给出的文件名或路径名查询此文件，并做操作合法性检查； 2、向内存申请存放fcb的存储区； 3、把文件目录项的有关内容、文件所在设备的设备号等信息写到fcb中； 4、把文件读写指针置为0； 5、向用户返回文件号或fcb首地址。,文件读写操作,文件的完整性,指在系统硬件或软件出现故障的条件下，保证文件信息不被破坏。 转储 1、全量转储 2、增量转储,文件的存储介质,盘 扇区 柱面 磁道 读写磁头,练习1,为了快速访问，又易于更新，当数据为以下形式时，你选用何种文件组织方式？ （1）不经常更新，经常随机访问； （2）经常更新，经常按一定顺序访问； （3）经常更新，经常随机访问。,练习2,设一个文件由100个物理块组成，对于连续文件、连接文件和索引文件，分别计算执行下列操作时的启动磁盘i/o次数（假如头指针和索引表均在内存中）； （1）把一块加在文件的开头； （2）把一块加在文件的中间（第51块）； （3）把一块加在文件的末尾； （4）从文件的开头删去一块； （5）从文件的中间（第51块）删去一块； （6）从文件的末尾删去一块。,练习3,某磁盘共有100个柱面，每个柱面有8个磁道，每个盘面分4个扇区。若逻辑记录与扇区等长。现问； （1）位示图第15个字的第7位为0而准备分配某一记录，该块的柱面号、磁道号、扇区号是多少？ （2）现回收第56柱面第6磁道第3扇区，这时位示图的第几个字的第几位应清0？,练习4,若两个用户共享一个文件系统，用户甲使用文件a、b、c、d、e；用户乙使用文件a、d、e、f。已知用户甲的文件a与用户乙的文件a实际上不是一个文件；甲乙两用户的文件d和e正是同一个文件。试设计一种文件系统组织方案，使得甲乙两用户能共享该文件系统又不致造成混乱。,练习5,设某文件为连接文件，由5个逻辑记录组成，每个逻辑记录的大小与磁盘块大小相等，均为512字节，并依次存放在50、121、75、80、63号磁盘块上。若要存取文件的第1569逻辑字节处的信息，问要访问哪个磁盘块？,练习6,若操作系统的磁盘文件空间共有500块，若用字长为32位的位示图管理磁盘空间，试问： （1）位示图需要多少字？ （2）第i字第j位对应的块号是多少？,练习7,有一个磁盘组共有10个盘面，每个盘面有100个磁道，每个磁道有16个扇区。若以扇区为分配单位，现问： （1）用位示图管理磁盘空间，则位示图占用多少位？ （2）若空白文件目录的每个目录项占5个字节，则什么时候空白文件目录大于位示图？,第6章 文件管理,本章学习目标 6.1 文件与文件系统 6.2 文件的逻辑结构 6.3 文件的物理结构 6.4 unix系统文件索引结构举例 6.5 文件目录 6.6 文件的操作 6.7 文件的共享与保护 6.8 文件的完整性 6.9 外存空间的管理,开 始,本章学习目标,文件、文件系统、文件目录、目录项、文件共享等基本概念及文件的分类 文件的两种逻辑结构及两种存取方法 文件的三种物理结构：连续结构、链接结构及索引结构 unix系统的文件索引结构 三种目录结构：单级、两级、多级目录结构 文件的共享及保护 外存空间的管理方法,返回本章首页,6.1 文件与文件系统,6.1.1 文件与文件系统的概念 6.1.2 文件的分类、属性及文件系统的功能,返回本章首页,6.1.1 文件与文件系统的概念,1文件的定义 文件是具有标识符（文件名）的一组相关信息的集合。标识符是用来标识文件的。不同的系统对标识符的规定有所不同。文件的确切定义有两种说法： （1）文件是具有标识符的相关字符流的集合。（2）文件是具有标识符的相关记录的集合。,下一页,2文件系统的定义 文件系统是操作系统中负责存取和管理文件信息的机构。它由管理文件所需的数据结构（如文件控制块，存储分配表等）和相应的管理软件以及访问文件的一组操作组成。,返回本节,6.1.2 文件的分类、属性及文件系统的功能,1文件的分类 2文件的属性 3文件系统的功能,下一页,1文件的分类 按文件的用途分类可分为以下三类。 （1）系统文件。 （2）用户文件 （3）库文件。 按文件中的数据形式分类 （1）源文件。 （2）目标文件。 （3）可执行文件。,下一页,l按操作保护分类 （1）只读文件。 （2）读写文件。 （3）执行文件,按文件的性质分类 （1）普通文件。 （2）目录文件。 （3）特殊文件。,下一页,2文件的属性,（1）文件类型。 （2）文件长度。 （3）文件的位置。 （4）文件的存取控制。 （5）文件的建立时间。,下一页,3文件系统的功能 （1）用户可执行创建、修改、删除读写文件的命令。 （2）用户能以合适的方式构造他的文件。 （3）用户能在系统的控制下，共享其他用户的文件。 （4）允许用户用符号名访问文件。 （5）系统应有转存和恢复文件的能力，以防止意外事故的发生。 （6）系统应提供可靠保护及保密措施。,返回本节,6.2 文件的逻辑结构,6.2.1 逻辑结构 6.2.2 存取方法,返回本章首页,6.2.1 逻辑结构,1有结构的文件 有结构的文件是指由若干个相关的记录构成的文件，又称记录式文件。 2无结构文件 无结构文件又称流式文件，组成流式文件的基本信息单位是字节或字，其长度是文件中所含字节的数目，如大量的源程序，库函数等采用的就是流式结构。,返回本节,6.2.2 存取方法,（1）顺序存取。顺序存取是最简单的方法。它严格按照文件信息单位排列的顺序依次存取，后一次存取总是在前一次存取的基础上进行，所以不必给出具体的存取位置。 （2）随机存取。随机存取又称直接存取，在存取时必须先确定进行存取时的起始位置（如记录号、字符序号等）。,返回本节,6.3 文件的物理结构,6.3.1 连续结构 6.3.2 链接结构 6.3.3 索引结构,返回本章首页,6.3.1 连续结构,图6.1 文件的连续结构,返回本节,6.3.2 链接结构,图6.2 文件的链接结构,返回本节,80,90,100,110,6.3.3 索引结构,图6.3 文件的索引结构,下一页,图6.4 文件的多重索引结构,返回本节,6.4 unix系统文件索引结构举例,1小型文件的索引结构 2大型文件的索引结构 3巨型文件的索引结构,返回本章首页,1小型文件的索引结构,图6.5 小型文件的索引结构,下一页,2大型文件的索引结构,图6.6 大型文件的索引结构,下一页,3巨型文件的索引结构,图6.7 巨型文件的索引结构,返回本节,6.5 文件目录,6.5.1 单级目录结构 6.5.2 二级目录结构 6.5.3 多级目录结构,返回本章首页,一般情形下文件目录项包括以下信息： （1）文件名。文件的标识符。 （2）文件的逻辑结构。 （3）文件在辅存上的物理位置。 （4）文件建立修改日期及时间。 （5）文件的类型。指明文件的类型。（6）存取控制信息。指明用户对文件的存取极限。,6.5.1 单级目录结构,图6.8 单级目录结构,返回本节,6.5.2 二级目录结构,图6.9 二级目录结构,返回本节,6.5.3 多级目录结构,图6.10 多级目录结构,返回本节,6.6 文件的操作,1对文件的操作 （1）创建文件。 （2）删除文件。 （3）打开文件 （4）读文件 （5）写文件 （6）关闭文件,返回本章首页,2对记录的操作 （1）读操作 （2）写操作 （3）查找。 （4）修改。 （5）插入 （6）删除。,返回本节,6.7 文件的共享与保护,1文件的共享 绕弯路法:绕弯路法是multics操作系统采用过的方法。在该方法中，系统允许每个用户获得一个“当前目录”，用户对文件的访问都是相对于“当前目录”下的，可以通过“向上走”的方式去访问其上级目录，一般用“*”表示一个目录的父目录。 连接法 :一些系统为用户指定使用目录，用户要访问指定目录开始的子树,返回本章首页,（a）对文件的连接,（b）对目录的连接,下一页,2文件的保护,1存取控制矩阵 2存取控制表 3口令 4密码,下一页,表6.1 存取控制矩阵,下一页,表6.2 存取控制表,下一页,常见的文件的存取权限一般有以下几种：,（1）e：表示只执行。 （2）r：表示只读。 （3）w：表示只写。 （4）b：表示只在文件尾写。 （5）d：表示删除。,下一页,口令,使用口令的优点是：简便。节省空间。 其缺点有以下几点： （1）可靠性差。口令易被窃取。 （2）存取控制不易改变。 （3）保护级别少。,下一页,密码,对文件进行保护的另一项措施是密码技术。 密码技术除保密性强外，还具有节省存储空间的优点。但它必须花费大量的编码和译码时间，从而增加了系统的开销。,返回本节,6.8 文件的完整性,针对文件系统而言，它必须保证在系统硬件、软件发生故障的时候，文件也不会遭到破坏，这就是文件的完整性。 保证文件的完整，文件系统应当提供适当的机构，以便复制备份，即系统必须保存所有文件的双份拷贝。保存双份拷贝的目的是当发生偶然事件毁坏文件后，可通过另一拷贝将文件恢复。 建立文件拷贝的方法有周期性转储、增量转储等几种。,返回本章首页,6.9 外存空间的管理,6.9.1 外存的主要技术参数 6.9.2 空闲块的管理 6.9.3 分配策略,返回本章首页,6.