四川大学 计算机学院 操作系统课件 -系统.ppt

文件系统 四川大学计算机学院左劼 2 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 3 63 操作系统提供的最明显的功能为程序和数据提供在线的存储和访问分成两个部分 文件 存储数据目录结构 存储文件信息建立在磁盘 或其他大容量存储设备 上 文件系统 FileSystem 4 63 信息存放在不同的存储介质上类型 磁盘 磁带 光盘等特性 非易失性信息存储的唯一的逻辑视图逻辑存储单元 文件多种多样的类型 文本文件 源程序文件 图像文件 可执行文件文件内部结构 行 记录块 文件概念 File 5 63 文件类型举例 6 63 名称类型位置大小保护时间所有者 文件属性 7 63 操作系统的提供的操作文件的基本动作创建读文件写文件在文件内定位删除文件截短文件 文件操作 8 63 打开文件列表 保存进程所有已经打开的文件的基本信息包括 不仅仅包括这些 文件指针 当前文件存取位置文件打开次数 有几个进程同时打开了它磁盘定位 文件在磁盘上的位置 9 63 文件结构 没有结构 顺序的字符 字节 或者单词简单记录结构 行 固定长度 或者变长度复杂结构 格式化的文档 可重定位文件文件中的控制字符 用于特殊意义 10 63 多用户下的一致性语义 多个用户同时存取同一个文件的时候 如何确定其他用户所能看到的文件的修改在Unix系统中 其他用户可以立即看到一个用户对文件的修改和数据库的比较 11 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 12 63 顺序访问 最简单 最常用的方法基于文件的磁带模型 13 63 文件被看为是一系列的块或者记录基于文件的磁盘模型对读写的顺序没有限制很容易模拟顺序访问 直接访问 随机访问 14 63 建立在直接访问方法之上使用索引一级索引多级索引 索引访问 15 63 索引访问 16 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 17 63 文件系统可能会非常巨大需要一种方法来组织文件以方便管理实现组织的两个部分文件系统分区 背景 18 63 文件和目录 目录节点包含了文件的信息文件和目录都存放在磁盘上 19 63 一个典型的文件系统组织 20 63 目录上的操作 列出目录信息搜索文件创建文件删除文件重命名文件移动文件 21 63 目录的组织 效率 快速定位文件命名 方便用户对不同用户 相同的名字对应不同的文件同一个文件可以有不同名字分组 可以从逻辑上对文件进行分组管理 22 63 单层目录 只有一个目录存在命名问题和分组问题 23 63 两层目录 对每个用户有单独的目录引入了路径名的概念解决了命名问题没有分组管理能力 24 63 树型目录 25 63 有效的查找分组管理的能力引入工作目录概念绝对路径和相对路径增加的操作 创建 删除 重命名子目录 树型目录 26 63 有向无环图目录 可以共享文件或者目录通过硬链接或者软链接 27 63 遍历文件系统问题文件删除问题 有向无环图目录问题 28 63 图目录 29 63 如何对付环 仅允许链接到文件 而不是子目录使用垃圾回收创建新的链接的时候检测环 图目录 30 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 31 63 可靠性 预防物理错误解决方法 进行备份参见13章保护 防止非法访问有很多方法 背景 32 63 一个极端 拒绝访问 完全保护另一个极端 任意访问 每有保护真正的需求 有控制的访问 怎么保护 33 63 文件的所有者 创建者可以控制什么可以做谁可以做存取的类型读取写入执行添加删除列出 保护 34 63 访问属性 一种常用的方法 访问模式 read write execute三类用户 owner group public每类用户用一个数字来表示 每位分别表示权限rwxrwxrwx public权限 group权限 owner权限 35 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 36 63 文件结构逻辑存储单元相关信息集合文件系统驻留在二级存储器上 磁盘等 文件系统按层次组织文件控制块 存储文件的组成信息 文件系统结构 37 63 设计一个文件系统的两个问题 文件系统接口 操作系统其他部分 应用程序如何和它打交道如何将逻辑文件系统映射到物理存储设备 38 63 层次的文件系统结构 39 63 基本文件系统 向设备驱动程序发出基本命令文件组织模块 将文件逻辑块映射到物理地址逻辑文件系统 管理元数据 文件系统的层 40 63 内存中文件系统结构 41 63 分区和安装 文件系统建立在分区上要访问一个文件系统 必须要对它进行安装方便对文件系统的组织和维护也可以直接使用分区 裸分区 42 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 43 63 连续分配 每一个文件分配一块连续的磁盘空间只需要起始位置和长度就可以确定文件随机访问效率很高浪费空间比较严重 参见动态存储分配 文件大小不能增长 44 63 连续分配文件系统 45 63 链式分配 每一个文件式数据块链表目录中保存文件的第一块和最后一块的指针每块都保存下一个块的地址优点 指示文件只需要文件起始位置没有外部碎片 浪费空间少缺点 不支持随机访问 直接访问 指针需要空间保存可靠性不高 46 63 链式分配的例子 47 63 文件分配表分配 FAT 在分区的开始区域保存一个表 对每一个磁盘块 都对应一条记录 表的记录通过链表连接目录中的记录中记录了文件的第一块的编号这是一种对链式分配的重要改进简单 有效被DOS Windows和OS 2采用 48 63 文件分配表例子 49 63 索引分配 将所有的指针都存放在索引块中 50 63 索引分配的例子 51 63 几种索引分配方案 链接方案 索引块之间采用链接分配多层索引 利用索引块来索引索引块组合方式 结合两者的优势大多数现代文件系统都采用索引分配方式 52 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 53 63 位向量 使用位图 bitmap 来记录空间的磁盘块每一位记录一个磁盘块的使用情况 54 63 链接表 将所有的空间磁盘块链接成一个链表当需要分配空间的时候 从链表中分配缺点 扫描链表的效率很低 55 63 链接表管理空闲块的例子 56 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 57 63 线形表实现 简单效率比较低 可以进行排序 哈希表实现 减少了目录搜索时间需要解决哈希冲突问题 目录实现 58 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件保护文件系统结构分配方式空闲空间管理目录实现效率和性能文件恢复 59 63 效率 磁盘空间效率主要取决于磁盘分配和目录管理算法元数据的使用和管理簇的大小 60 63 性能 磁盘缓存 将部分磁盘内容存储在内存上 加速访问马上释放 立即释放刚才请求的磁盘块预先读取 预先将一些磁盘块读入内存使用ramdisk 将文件系统建立在内存中 61 63 提纲 文件概念访问方法目录结构文件