《操作系统概论》第四章.doc

第4章 文件管理 考情分析本章主要内容：1.文件、文件系统的定义及功能 2.文件的存储介质 3.文件的组织结构、记录的成组与分解 4.文件存储空间管理的方法 5.文件的目录结构 6.文件的保护、保密及其文件的基本操作重点：1.逻辑文件、物理文件 2.记录的成组与分解 3.文件目录结构以及画二级目录结构图本章考试分值约为20分。出题形式多以单选题、填空题、简答题、综合应用题为主。 知识网络图“建立”操作打开操作读操作写操作关闭操作删除操作文件操作的使用基本文件操作文件的保护文件的保密一级目录二级目录树形目录位示图法文件的存取方式记录的成组和分解文件的逻辑结构文件和文件系统文件系统的功能文件的分类单块链接成组链接顺序结构链接结构索引结构概述文件管理文件的存储介质文件的组织存储空间的分配文件的存储结构空闲块链接法文件目录文件的安全性基本文件操作及其使用 串讲内容一、概 述1.文件管理的定义为了减轻用户的负担和保证系统的安全，操作系统中设计了对信息进行管理的部分，称为文件管理或文件系统。2.（了解）文件和文件系统我们把逻辑上具有完整意义的信息集合称为文件。每个文件都要用一个名字（称为文件名）作标识。文件系统来管理文件的存储、检索、更新、共享和保护。3.文件系统的功能（1）实现从逻辑文件到物理文件之间的转换（2）有效地分配文件的存储空间（3）建立文件目录（4）提供合适的存取方式以适应各种不同的应用（5）确保文件的安全性（6）提供一组文件操作4.文件的分类（1） 按用途可分成：系统文件、库文件和用户文件（2） 按保护级别可分成：只读文件、读写文件、执行文件和不保护文件（3） 按信息流向可分成：输入文件、输出文件和输入输出文件（4） 按存放时限可分成：临时文件、永久文件和档案文件（5） 按设备类型可分成：磁带文件、磁盘文件等（6） 按组织方式可分成：逻辑文件、物理文件二、文件的存储介质1.文件的存储介质、存储设备的定义 可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、光盘、卡片等称为存储介质。把信息记录到存储介质上或从存储介质上读出信息必须启动相应的磁带机、磁盘驱动器、卡片机等存储设备。2.文件中几个术语的定义存储介质的物理单位定义为卷。存储介质上可连续存储信息的一个区域称为块，或称为物理记录。把所有的读写磁头按从上到下的次序进行编号，称为磁头号。当移动臂移到某一位置时。所有的读写词头都在同柱面上，把盘面上磁道的编号作为柱面号。每个盘面被划分成若干相等的扇区，每个扇区中的各个磁道都是可存放相等字节数的一个块，沿与磁盘旋转相反的方向给各扇区编号，称为扇区号。三、文件的组织（重点）1.（重点）文件的逻辑结构用户组织的文件称为逻辑文件。通常，逻辑文件简称为文件。逻辑文件可以有两种形式：流式文件、记录式文件。流式文件是指对文件内的信息不再划分单位，是由依次的一串信息组成。记录式文件是指用户把信息按逻辑上独立的含义划分信息单位，每个单位称为一个逻辑记录，简称为记录。逻辑记录可依次编号，其序号称为逻辑记录号，简称为记录号。2.记录的主键和次键用来惟一标识某个记录的数据项称为记录的主键。能标识具有某一特性的所有记录的数据项称为记录的次键。3.文件的存储结构存放在存储介质上的文件成为物理文件。记录式文件在磁盘上的顺序结构、链接结构和索引结构三种。把一个文件在逻辑上连续的信息存放到磁盘上依次相邻的块中，便形成顺序结构。特点：访问第i个记录之后接着总是访问第i+1个记录。优点：存取信息的速度快。缺点：不利于文件的扩展和存储空间利用率不高。链接结构是将文件的逻辑记录顺序与磁盘上的存储空间顺序独立开来，即逻辑记录是顺序的，但文件占用的存储空间块可以任意选择，不必连续。特点：每个物理块的最后一个单元中不能存放文件的信息，而是用来存放物理块之间的链接指针。优点：允许用户扩充文件，便于文件的增、删记录。只适合与对记录按先后顺序进行存取的文件。索引结构是实现非连续存储的另一种方式。索引结构为每一个文件建立一张索引表，指出文件中每个记录的存放地址。优点：便于文件的增、删记录。缺点：当文件的记录很多时，索引表就很庞大。4.文件的存取方式文件在存储介质上的组织方式与存储设备的物理特性，用户如何使用文件有关。存取方式分为：顺序存取和随机存取。顺序存取是指按文件的逻辑顺序或记录顺序依次进行读/写的存取方式。随机存取是指不一定要按文件的逻辑顺序或记录顺序读/写文件中信息，而是可以按任意的次序随机地读/写文件中信息的存取方式。把一个文件分成若干个逻辑记录的文件称为记录式文件，而把不分记录的文件称为流式文件。5.存取方式与存储结构的关系介质类型存取方式存储结构顺序存取随机存取磁盘顺序文件、链接文件、索引文件索引文件磁带顺序文件6.（重点）记录的成组与分解把若干个记录合并成一组存入一块工作称为记录的成组。从一组逻辑记录中把一个逻辑记录分离出来的工作称为记录的分解。磁带利用率=%【例1】:某用户文件有20个记录,每个记录长度为200个字符,若把文件存放到磁带上,磁带的记录密度800字符/英寸,块间隙为0.5英寸。试回答：（1）不采用记录成组时磁带空间的利用率为多少？ （2）采用记录成组且块因子为4时，磁带空间的利用率为多少？ （3）要使磁带利用率不小于50%，块因子至少为多少？解：（1）100%=33.33% （2）100%=66.67% （3）设块因子至少为 50% 解得：2【例2】:假设某文件的顺序结构存放在磁盘上,该文件有10个记录组成,每个记录长为512字节,文件存放在磁盘上的起始块号为28,每个物理块长为1K。试回答：（1）利用记录成组方式时，块因子为多少时才算合适？ （2）存放该文件至少占用多少个磁盘块？ （3）该文件的第6个逻辑记录所在的磁盘块号是多少？（4）若把第6条记录读到用户区的1500单元的开始区域，写出完成该要求的过程。答：（1）1024512=2个 块因子为2个才合适 （2）102=5个 存放该文件至少占用5个磁盘块 （3）281 2293 4305 6 第6个逻辑记录所在的磁盘块为30 （4）第一步，开辟主存缓冲区，且为1K； 第二步，找到第6条逻辑记录所在的块，第30块，发送到主存缓冲区； 第三步，进行记录的分解，将第6条记录发送到用户区第1500单元。7.开辟主存缓冲区的原因：信息交换以块为单位，用户处理信息要以逻辑记录为单位。8.成组与分解的优点：提高了存储空间的利用率，减少存储设备的启动次数。缺点：设立主存缓冲区，增加了操作系统的开销。四、存储空间的分配1.位示图法：一个盘组的分块确定后，根据可分配的总块数决定位示图由多少个字组成，位示图中的每一位与一块对应，“1”状态表示响应块已占用，“0”状态表示该块空闲。2.确定空闲块地址的通用公式为： 块号=字号字长+位号柱面号=块号/柱面上的块数=块号/字长磁头号=（块号mod柱面上的块数）/磁道上的扇区数 =块号mod字长/每盘面的扇区数扇区号=（块号mod柱面上的块数）mod磁道上的扇区数 =块号mod字长mod每盘面的扇区数归还一块时，寻找位示图中位置的通用公式为：块号=柱面号柱面上块数+磁头号磁道上扇区数+扇区号字号=块号/字长位号=块号mod字长块号=（每柱面的磁道数每磁道的扇区数）柱面号+磁头号每磁道的扇区数+扇区号【例】:假设某盘组共100个柱面,每个柱面上8个磁盘,每盘面被分成8个扇区,现有一个含有6400个逻辑记录的文件,逻辑记录的大小与扇区大小一致。该文件以顺序结构的形成被存放到磁盘上，柱面号、磁头号、扇区号的编号均从“0”开始，逻辑记录的编号也从“0”开始，文件信息从0柱面、0磁道、0扇区开始存放。试问：（1）该文件的第3680个逻辑记录应存放在哪个柱面的第几磁道的第几扇区？ （2）第78柱面的第6磁道的第6扇区中存放了该文件的第几个逻辑记录？解：（1）柱面号=3680/64=57 磁道号=3680 mod 64/8=4 扇区号=3680 mod 64 mod 8=0 （2）7864+86+6=5046 3.空闲块链接法（1）单块链接法（2）成粗链接法4.在UNIX操作系统中，把磁盘存储空间的空闲块成组链接。每100个空闲块为一组，每组的第一个空闲块中登记下一组空闲块的磁盘物理块号和空闲块数。五、文件目录(重点)1.文件目录由若干目录项组成，一个目录项用来登记与一个文件有关的信息，每个目录项中，除了指出文件的名字和文件存放的物理地址外，还可包含如何控制和管理文件的信息。2.最简单的文件目录是一级目录结构，即把一卷存储介质上的所有文件都登记在一张目录表中。优点：管理简单，查找方便。缺点：不允许重名。3.(重点)二级目录结构是为每个用户设置一张目录表，称为用户文件目录，再用一张总的目录表来登记各个用户的目录表存放地址，这张总的目录表称为主文件目录。优点：解决了文件的重名问题、内容相同只保留一次即可（共享）。下图指出了用户A和用户B分别用文件名AWJ和BWJ共享一个文件的情况。【例】:某文件系统中若有甲乙两个用户,甲有文件A、B、C，乙有文件B、C、D，且甲乙共享文件T。已知甲A和乙的D是同一文件，甲B和乙的B是不同的文件，甲的C和乙的C是同一文件。试回答：（1）若文件系统采用何种目录结构不会造成文件混淆； （2）画出文件目录结构； （3）该系统中有几个共享文件？写出共享文件名。解：（1）二级目录。 （2） （3）系统中有3个共享文件。甲、乙两用户都用T、C作为文件名相同的两个共享文件，甲用户A和乙用户D作为文件名不同的共享文件。4.树形目录的优点（1）解决文件的重名（2）实现了文件共享（3）提高了文件查找速度（4）有利于文件的分类5.绝对路径和相对路径在树形目录结构中，要访问一个文件时，必须指出文件所在的路径名，绝对路径是路径名从根目录开始到该文件的通路上所有各级目录名及该文件名拼起来得到。各目录名与文件名之间可用“”隔开。在多级目录结构中，每次都从根目录开始搜索要耗费很多时间，在MS-DOS中引入当前目录的概念。每个用户可在某级目录中设置一个当前工作目录，要访问文件时，就可从当前目录开始设置路径，称相对路径。用相对路径可缩短搜索路径，提高搜索速度。六、文件的安全性1.文件的安全性体现在文件的保护和保密两个方面。2.文件的保护（1）防止天灾人祸造成的破坏。通常采用建立多个副本的办法来保护文件。（2）防止系统故障造成的破坏。建立副本，把同一个文件存放到多个存储介质上。另一种保护方法是定时转储，即定时地把文件转储到其他的存储介质上。（3）防止用户共享文件时造成的破坏。为了防止在使用文件时破坏文件，可对每个文件规定使用权限。对多用户可共享的文件采用树形目录结构，凡能得到某级目录权限的用户就可得到该级目录所属的全部目录和文件，按规定的存取权限去使用目录或文件。（4）防止计算机病毒的侵害。要尽量的预防，可针对各种病毒设计相应的杀毒软件。3.文件的保密文件的保密是防止他人窃取文件。为文件设置口令是实现问保密的一种可行方法，且在使用时必须遵照规定的存取权限。对极少数极为重要的保密文件，可把文件信息翻译成密码形式保存，使用时再把它解密。七、基本文件操作及其使用1.基本文件操作（1）“建立”操作。用户要求把一个新文件存放到存储介质上时，首先要向系统提出“建立”要求。系统接到要求后，就在文件目录中寻找空目录项进行登记。（2）“打开”操作。用户要使用一个已经存放在存储介质上的文件前，必须先提出“打开”要求。系统接到要求后，找出与用户要求相符合的目录项，取出文件存放的物理地址。对索引文件还必须把该文件的索引表存放到主存储器中，以便后继的读操作能快速进行。（3）“读/写”操作。系统允许用户对已经执行过“打开”或“建立”操作的文件进行读/写