《文件系统》PPT课件

课程内容（48学时）,概述（第1、7章）6学时进程管理（第2、3章）12学时主存管理（第4章）8学时设备管理（第5章）4学时文件系统（第6章）8学时实例（第10章）6学时总共44学时，留4学时机动,如何使用磁盘存取数据,写盘的过程,文件系统,设备驱动,1、哪几个磁盘块分给它？2、在目录里面登记,写磁盘的某柱面、某磁道、某扇区,缓冲区,工作区,文件路径名,无关层,读盘的过程,几个概念,文件路径名有啥含义？d:/programfile/qq/qq.exe文件目录文件系统,文件,文件是指由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合，可分为有结构文件和无结构文件两种现在流行无结构文件（流式文件）描述文件的数据结构文件描述符（文件控制块FCB）,图6-15MS-DOS的文件控制块,FCB中存放的内容称为文件的属性，属性可以包括：(1)文件类型。可以从不同的角度来规定文件的类型，如源文件、目标文件及可执行文件等。(2)文件长度。文件长度指文件的当前长度，长度的单位可以是字节、字或块，也可能是最大允许的长度。(3)文件的物理位置。该项属性通常是用于指示文件在哪一个设备上及在该设备的哪个位置的指针。(4)文件的建立时间。这是指文件最后一次的修改时间等。(5)文件长度，指以字节为单位的文件长度。(6)文件连接计数，表明在本文件系统中所有指向该(文件的)文件名的指针计数。(7)文件存取时间，指本文件最近被进程存取的时间、最近被修改的时间及索引结点最近被修改的时间。,目录,FCB存放在目录里目录可以是一个文件（目录文件）目录文件是存放文件属性信息的文件目录也可以是磁盘上某个特定的区域（根目录）存放文件属性信息的数据结构（在磁盘上的）目录树属性分级存放,目录分级好处不同目录下可以同名可以快速检索利于保护和共享,图6-18两级目录结构,图6-19多级目录结构,5,文件系统什么是文件系统文件系统是操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构。管理文件所需的数据结构(如目录表、文件控制块、存储分配表)管理程序一组操作文件系统的功能从用户角度看文件系统实现了“按名存取”的功能从系统角度看构造文件结构提供文件共享功能辅存空间管理,提供存取文件的方法文件保护提供一组文件操作命令,图6-2文件系统模型,文件系统,文件系统文件子系统一个文件系统可以管理几个文件子系统磁盘分区，每个分区上安装一个文件子系统文件子系统在格式化的时候建立每个文件子系统管理的方式不一样FAT32NTFSext3,用户接口,文件操作OpenReadWriteClose目录操作,外存分配方式,文件在磁盘上存放的方式必须连续存放不必连续存放,连续分配策略,文件的物理结构为连续文件,随机访问,不连续存放之链接定位,文件的物理结构为链接文件,只能顺序访问,不连续存放之索引分配,文件的物理结构为索引结构,随机访问,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；,假设一个文件在磁盘占3个磁盘块，讨论3种文件结构读文件最后一块的访问磁盘的次数,文件的结构,逻辑结构记录式流式物理组织连续（顺序）文件随机文件(索引文件)串联（链接）文件文件存取方法顺序存取直接（随机）存取,链接文件的代表,FAT文件系统,不连续存放之链接定位,文件的物理结构为链接文件,只能顺序访问,FAT模式数据结构总图,DOSFAT表,FAT模式下的读文件过程,Fd=Open(),读文件(fd,500,100,m),根据fd读f1的内存文件描述符得到f1的起始扇区号（22#）,根据要读的起止位置，算出逻辑扇区号（1,2）,读22#扇区入内存缓冲区,MS-DOS系统只有一张文件分配表FAT16，在FAT的每个表项中存放下一个盘块号。对于1.2M的软盘，假设盘块的大小为512字节，则FAT表的容量为_。,索引文件的的代表,Ext3文件系统,不连续存放之索引分配,文件的物理结构为索引结构,随机访问,图6-13两级索引分配,图6-14混合索引方式,某文件系统采用索引定位，使用“直接指针+可变重数的多重索引”模式，索引结构中可以存放8个直接地址，一、二重间接地址各一个，盘块长度为4KB，盘块地址32bit。该文件系统可以管理的最大文件有多少字节？一个20MB的文件占用多少个数据盘块和索引盘块（指存放索引表的块）？,ext磁盘划分,至少4个部分，其中引导块永远是介质上的第一个纪录，超级块永远是介质上的第二个纪录。其它部分的大小取决于磁盘大小等参数，这些参数存在超级块中。,EXT文件系统格式,超级块：根目录的位置、i节点的位置、空白区链头等信息,目录,如何加快文件检索树型目录当前目录如何实现不同的文件路劲名访问同一个文件？目录中的FCB分开存放,目录检索线性检索Hash方法地址=hash（文件名）,图6-20查找/usr/ast/mbox的步骤,加快检索的办法,目录分离前后的比较,假如一个FCB为64B，盘块大小为1KB，则每个盘块中只能存放16个FCB；若一个文件目录中共有640个FCB，需占用40个盘块，故平均查找一个文件需启动磁盘20次。UNIX系统中一个目录仅占16个字节，其中14个字节是文件名，2个字节为i结点指针。在1KB的盘块中可做64个目录项，这样，为找到一个文件，可使平均启动磁盘次数减少到原来的1/4，大大节省了系统开销。,如何实现不同文件路径名访问同一个文件？,链接硬链接软连接(快捷方式、符号链接),lnfile4file5,硬链接,符号链接,lns/user/f1/zll/f2f2文件中的内容为/user/f1,硬链接与软链接特点,硬链接的优点：实现简单、访问速度快使用限制：只允许文件链接只允许在同一文件系统内进行文件主删除限制不合理的记帐规则软链接的优点：适用范围和灵活性大允许目录链接允许在不同文件系统间进行文件主自由删除合理的记帐规则,例题,设文件索引节点中有7个地址项，其中4个地址项为直接地址索引，2个地址项是一级间接地址索引，1个地址项是二级间接地址索引，每个地址项大小为4字节，若磁盘索引块和磁盘数据块大小均为256字节，则可表示的单个文件的最大长度是（）A：33kbB：519kbC：1057kbD：16513kb31、设置当前工作目录的主要目的是（）A：节省外存空间B：节省内容空间C：加快文件的检索速度D：加快文件的读写速度,文件存储空间的管理,空闲表法空闲链表法空闲盘块链空闲盘区链位示图法成组链接法,图6-21空闲盘块表,2)存储空间的分配与回收空闲盘区的分配与内存的动态分配类似，同样是采用首次适应算法、循环首次适应算法等。例如，在系统为某新创建的文件分配空闲盘块时，先顺序地检索空闲表的各表项，直至找到第一个其大小能满足要求的空闲区，再将该盘区分配给用户(进程)，同时修改空闲表。系统在对用户所释放的存储空间进行回收时，也采取类似于内存回收的方法，即要考虑回收区是否与空闲表中插入点的前区和后区相邻接，对相邻接者应予以合并。,2,5,.,.,空闲链表法,图6-22位示图,某操作系统的磁盘文件空间共有500块，试画出相应的位示图，并给出申请/归还一块的工作流程。,磁盘的分配与回收位示图,顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0”的二进制位(“0”表示空闲时)。将所找到的一个或一组二进制位转换成与之相应的盘块号。修改位示图,将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号修改位示图。令mapi,j=0,图6-23空闲盘块的成组链接法,s-nfree：98012011219614597210卷资源表filsys,s-nfree：9901201121961459721098150,s-nfree：1000120112196145972109815099152,参看下图，现有某一进程的文件要释放三个物理块，其块号为150#，152#，160#，试给出其释放过程和释放后的卷资源表filsys的状况。其后，又有一个文件要求分配4个空闲块，试给出其分配过程和分配后的filsys状况：,s-nfree：1016019697卷资源表filsys,假设硬盘的大小为600M，装OS占用了30M,设置交换区域占用了70M，盘块大小为2K，100个盘块为1组。试用成组链接法画出空闲盘块组织。（下标从1开始）,磁盘的分配与回收成组链接,首先检查空闲盘块号栈是否上锁，如未上锁，便从栈顶取出一空闲盘块号，将与之对应的盘块分配给用户，然后将栈顶指针下移一格。若该盘块号已是栈底，即S.free(0)，这是当前栈中最后一个可分配的盘块号。由于在该盘块号所对应的盘块中记有下一组可用的盘块号，因此，须调用磁盘读过程，将栈底盘块号所对应盘块的内容读入栈中，作为新的盘块号栈的内容，并把原栈底对应的盘块分配出去(其中的有用数据已读入栈中)。然后，分配一相应的缓冲区(作为该盘块的缓冲区)。最后，把栈中的空闲盘块数减1并返回。,它是将回收盘块的盘块号记入空闲盘块号栈的顶部，并执行空闲盘块数加1操作。当栈中空闲盘块号数目已达100时，表示栈已满，便将现有栈中的100个盘块号记入新回收的盘块中，再将其盘块号作为新栈底。,位图：windows2000/NT链表：变种形式,windows个人系列、dos分组链接：unix,文件子系统实现机制总述,一个OS通常支持多个文件子系统因此必须磁盘要分区：每个区对应一个文件系统分区表OS登记整个系统中安装哪些文件系统文件子系统安装表，其中存放每一个被安装了的文件子系统的信息实现相关的地址映射实现文件子系统的建立、装卸等操作,linux盘装卸例,安装:%ls/user/elephant/d1f1txt1dddwa%mount/dev/fd0/user/elephant/d1%ls/usr/elephant/d1hahawawara卸下:%ls/usr/elephant/d1hahawawaraha%umount/dev/fd0%ls/user/elephant/d1f1txt1dddwa,FAT文件系统实现机制总瞰粗,UNIX文件系统实现机制总瞰,NTFS卷总体结构,NTFS文件系统,NTFS文件系统,文件NTFS文件系统文件可以分两种元数据文件：构造文件系统的文件，任何权限用户不可访问，不可修改，用户文件：用户数据,NTFS文件系统,NTFS元数据文件,NTFS文件系统,主控文件表（MFT）MFT是NTFS卷结构的核心，系统通过MFT来确定文件在磁盘上的位置以及文件的所有属性，包括小文件的内容。M