操作系统第七章1

1、第六章:文件管理赵恒 主讲Operating SystemOperating System2022-2-2【教学目的教学目的】了解文件系统的功能。了解文件系统的功能。【教学重点教学重点】1、了解文件系统的基本概念、文件的逻辑结构、文件、记录、了解文件系统的基本概念、文件的逻辑结构、文件、记录、数据项的基本概念。数据项的基本概念。2、掌握外存分配的连续分配、链接分配、索引分配方式。掌握外存分配的连续分配、链接分配、索引分配方式。3、掌握目录管理、文件存储空间管理的功能。掌握目录管理、文件存储空间管理的功能。【教学要求教学要求】1、掌握：文件的逻辑组织和物理组织的概念及不同的组织形式，掌握：文件的

2、逻辑组织和物理组织的概念及不同的组织形式，文件的目录结构，文件和目录的主要操作。文件的目录结构，文件和目录的主要操作。2、理解：文件的分类，文件的存取控制，、理解：文件的分类，文件的存取控制，UNIX文件系统的主文件系统的主要操作。要操作。3、了解：文件系统的功能，文件存储空间的管理，文件的后备、了解：文件系统的功能，文件存储空间的管理，文件的后备和恢复，管理文件等。和恢复，管理文件等。 3备考建议：备考建议：文件系统是计算机组织、存取和保存信息的重要手段，大文件系统是计算机组织、存取和保存信息的重要手段，大纲中将文件管理的内容分为了三个部分：第一个部分是文纲中将文件管理的内容分为了三个部分：

3、第一个部分是文件系统的基础，在这一部分中件系统的基础，在这一部分中重点要掌握的文件的逻辑结重点要掌握的文件的逻辑结构和目录结构，大纲中列出的三种文件逻辑结构的组织结构和目录结构，大纲中列出的三种文件逻辑结构的组织结构、特点以及如何进行读写操作考生都要弄明白，对文件构、特点以及如何进行读写操作考生都要弄明白，对文件的检索有可能和数据结构中的查找算法结合出综合应用题，的检索有可能和数据结构中的查找算法结合出综合应用题，考生需要引起注意。考生需要引起注意。通用目录结构也是一个可以和数据结通用目录结构也是一个可以和数据结构结合点，目录结构要么是树形的，要么就是图形的，而构结合点，目录结构要么是树形的，

4、要么就是图形的，而树和图都是数据结构中考试的重点，其中目录查询技术要树和图都是数据结构中考试的重点，其中目录查询技术要特别引起重视。特别引起重视。文件系统实现这一部分相对而言重要性不是很大，部分重文件系统实现这一部分相对而言重要性不是很大，部分重点要掌握的是文件系统的层次模型。磁盘管理方法包括：点要掌握的是文件系统的层次模型。磁盘管理方法包括：空闲表法、位示图法、成组链接法，考生只要掌握这几种空闲表法、位示图法、成组链接法，考生只要掌握这几种方法分别是如何进行磁盘分配和回收的就可以了，其中成方法分别是如何进行磁盘分配和回收的就可以了，其中成组链接法是一个相对比较难的一点。组链接法是一个相对比较

5、难的一点。 4引言引言n在现代计算机系统中，要用到大量的程序和数据，由于在现代计算机系统中，要用到大量的程序和数据，由于计算机计算机内存容量有限，并且内存中保存的信息在断电以内存容量有限，并且内存中保存的信息在断电以后将丢失。后将丢失。n因此，人们总把自己的程序和数据以文件形式存放在大因此，人们总把自己的程序和数据以文件形式存放在大容量外存上，需要时再把它们装入内存，这样就需要容量外存上，需要时再把它们装入内存，这样就需要操操作系统来对外存中的文件进行管理，以方便用户的使用。作系统来对外存中的文件进行管理，以方便用户的使用。n为此，现代操作系统都提供为此，现代操作系统都提供文件管理的功能文件管

6、理的功能，以保证文，以保证文件系统的安全性，提高系统资源的利用率。件系统的安全性，提高系统资源的利用率。 Operating SystemOperating Systemq文件管理任务文件管理任务v文件管理文件管理是软件（程序与数据集合）资源管是软件（程序与数据集合）资源管理，是涉及用户作业和内部硬件管理。理，是涉及用户作业和内部硬件管理。v任务任务：把存储、检索、共享和保护文件的手：把存储、检索、共享和保护文件的手段提供给本身和用户，以方便用户及资源利段提供给本身和用户，以方便用户及资源利用。用。v功能功能分配与管理外存分配与管理外存提供合适的存储方法提供合适的存储方法文件共享，保护解决冲突

7、文件共享，保护解决冲突Operating SystemOperating Systemq文件的概念文件的概念v文件是软件机构，软件资源的文件是软件机构，软件资源的管理方式。管理方式。v具有符号名的一组相关元素的有序序列，是一具有符号名的一组相关元素的有序序列，是一段段程序或数据的集合。程序或数据的集合。v一组赋名的相一组赋名的相关联字符流的集合关联字符流的集合，或者是相，或者是相关关联记录联记录。而。而记录记录是有意义的信息集合。是有意义的信息集合。v信息项：构成文件内容的基本单位。信息项：构成文件内容的基本单位。v文件的特性：包括文件说明、文件体。文件的特性：包括文件说明、文件体。77.1

8、文件与文件系统文件与文件系统7.1.1文件、记录和数据项文件、记录和数据项1、数据项、数据项n（1）基本数据项）基本数据项w用于描述对象的某种属性的字符集，是数据组织中可用于描述对象的某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据原子数据，又称为，又称为数数据元素或字段据元素或字段。n（2）组合数据项）组合数据项w它由若干个基本数据项组成简称它由若干个基本数据项组成简称组项组项。2、记录、记录n一组相关数据项的集合，用于描述对象某方面的属性。一组相关数据项的集合，用于描述对象某方面的属性。n为了能唯一地标识一个记录，必须在记录的各个数据项为了能

9、唯一地标识一个记录，必须在记录的各个数据项中，确定出一个项或几个项，把它们的集合称为中，确定出一个项或几个项，把它们的集合称为关键字关键字（key） 。关键字是能唯一标识一个记录的数据项。关键字是能唯一标识一个记录的数据项。83、文件、文件（1）文件的定义）文件的定义文件是计算机系统中信息存放的一种组织形式，文件是计算机系统中信息存放的一种组织形式，目前尚无严格的定义，下面给出两种有代表性的目前尚无严格的定义，下面给出两种有代表性的解释：解释： n（1）文件是具有标识符的相关字符流的集合。）文件是具有标识符的相关字符流的集合。n（2）文件是具有标识符的相关记录（一个有）文件是具有标识符的相关记

10、录（一个有意义的信息单位）的集合。意义的信息单位）的集合。9这两种解释定义了两种文件形式：前者说明文这两种解释定义了两种文件形式：前者说明文件是件是由字节组成由字节组成，这是一种无结构的文件，或，这是一种无结构的文件，或称称流式文件流式文件。无结构文件由于采用字符流方式，与源程序、无结构文件由于采用字符流方式，与源程序、目标代码等在形式上是一致的，因此，该方式目标代码等在形式上是一致的，因此，该方式适用于源程序、目标代码等文件。适用于源程序、目标代码等文件。目前目前UNIX操作系统，操作系统，MS-DOS系统均采用这系统均采用这种文件形式。种文件形式。10后者说明文件是后者说明文件是由记录组成

11、由记录组成。而记录则是由一组。而记录则是由一组相关信息项组成。相关信息项组成。例如每个学生的登记表可视为一个记录，它包括例如每个学生的登记表可视为一个记录，它包括学生姓名，出生年月，性别，籍贯等信息项。所学生姓名，出生年月，性别，籍贯等信息项。所有学生登记表组成一个学生文件。有学生登记表组成一个学生文件。记录式文件主要用于信息管理。记录式文件主要用于信息管理。在现代计算机操作系统中，为方便用户，在现代计算机操作系统中，为方便用户，把设备把设备也作为文件来统一管理也作为文件来统一管理，从某种意义上说已拓宽，从某种意义上说已拓宽了文件的含义。了文件的含义。11（2）文件命名）文件命名n 一般情况下

12、，一个文件是一般情况下，一个文件是一组逻辑一组逻辑上具有完整意上具有完整意义的信息集合，并赋以一个文件名。义的信息集合，并赋以一个文件名。n 文件名由用户给定，它是由字母或数字组成的一文件名由用户给定，它是由字母或数字组成的一个字符串，用来标识文件。个字符串，用来标识文件。n 文件名是文件存在的标识文件名是文件存在的标识，操作系统根据文件名操作系统根据文件名来对其进行控制和管理。来对其进行控制和管理。12n 各个操作系统的文件命名规则略有不同，即文件名各个操作系统的文件命名规则略有不同，即文件名的格式和长度因系统而异。的格式和长度因系统而异。 n 一般来说，一般来说，文件名由文件名和扩展名两部

13、分组成，文件名由文件名和扩展名两部分组成，中间用中间用“. ”隔开。隔开。n 它们都是字母或数字组成的字母数字串。它们都是字母或数字组成的字母数字串。扩展名也扩展名也称为文件后缀，利用扩展名可以区分文件的属性。称为文件后缀，利用扩展名可以区分文件的属性。 13DOS、WINDOWS系统中文件名系统中文件名 DOS、WINDOWS系统中文件名格式：系统中文件名格式： 文件名文件名 . 文件扩展名文件扩展名文件名是一个不大于文件名是一个不大于8个字符的字符串，但个字符的字符串，但WINDOWS系统中允许超长文件名，最多可有系统中允许超长文件名，最多可有256个字符，个字符，不区分英文字母的大小写不

14、区分英文字母的大小写。1415图图6-1： 文件、记录和数据项之间的层次关系图文件、记录和数据项之间的层次关系图167.1.2 文件系统和文件系统模型文件系统和文件系统模型1、文件类型、文件类型17（1）以文件的用途分类）以文件的用途分类系统文件：系统文件：由操作系统及其他系统程序和数据组由操作系统及其他系统程序和数据组成的文件。这种文件不对用户开放，仅供系统使成的文件。这种文件不对用户开放，仅供系统使用，用户只能通过操作系统用，用户只能通过操作系统提供的系统调用提供的系统调用来使来使用它们。用它们。库文件：库文件：是指系统为用户提供的各种标准函数，是指系统为用户提供的各种标准函数，标准过程和

15、实用程序等。用户只能使用这些文件，标准过程和实用程序等。用户只能使用这些文件，而无权对其进行修改。而无权对其进行修改。用户文件：用户文件：由用户的信息组成的文件，如源程序由用户的信息组成的文件，如源程序文件，数据文件等。这种文件的使用和修改权均文件，数据文件等。这种文件的使用和修改权均属于用户。属于用户。 18（2）以文件中的数据形式分类）以文件中的数据形式分类n源文件：源文件：w有源程序和数据构成的文件。有源程序和数据构成的文件。 n目标文件目标文件：w它是指把源程序经过编译，尚未链接的目标它是指把源程序经过编译，尚未链接的目标代码所形成的文件。它属于二进制文件，通代码所形成的文件。它属于二

16、进制文件，通常使用的后缀名是常使用的后缀名是“.obj”。n可执行文件可执行文件：w经编译后所产生的目标代码，再由链接程序经编译后所产生的目标代码，再由链接程序链接后所形成的文件。链接后所形成的文件。6.119（3）按文件的存取属性分类）按文件的存取属性分类n只读文件：只读文件： 只允许进行读操作，不能进行写操只允许进行读操作，不能进行写操作的文件。作的文件。n读写文件：读写文件： 允许文件主和授权用户对其进行读允许文件主和授权用户对其进行读或写操作的文件。或写操作的文件。n只执行文件：只执行文件：该类文件只允许授权的用户调用该类文件只允许授权的用户调用执行，而不允许其修改或读出文件的内容。执

17、行，而不允许其修改或读出文件的内容。20（4）按组织形式和处理方式分类）按组织形式和处理方式分类n普通文件：普通文件： 指一般的用户文件和系统文件。指一般的用户文件和系统文件。n目录文件：目录文件： 管理和实现文件系统的文件目录项管理和实现文件系统的文件目录项组成的系统文件，对目录文件可以进行与普通组成的系统文件，对目录文件可以进行与普通文件一样的各种文件操作。文件一样的各种文件操作。n特别文件：特别文件： 有的系统把设备作为文件统一管理有的系统把设备作为文件统一管理和使用，并为区别起见，和使用，并为区别起见，把设备称为特别文件把设备称为特别文件。例如：例如：unix/linux212、文件系

18、统、文件系统文件系统文件系统是操作系统中负责存取和管理信息的模是操作系统中负责存取和管理信息的模块，它用统一的方式管理用户和对系统信息的存块，它用统一的方式管理用户和对系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。整套方便有效的文件使用和操作方法。它由管理文件所需的它由管理文件所需的数据结构数据结构（如文件控制块及（如文件控制块及存储分配表等）和相应的存储分配表等）和相应的管理软件管理软件以及访问文件以及访问文件的的一组操作组成一组操作组成。从系统的角度看从系统的角度看：文件系统是一个负责文件存储：文件系统是一

19、个负责文件存储空间管理的机构。空间管理的机构。从用户的角度看从用户的角度看：文件系统是用户在计算机上存：文件系统是用户在计算机上存储信息、和使用信息的接口。储信息、和使用信息的接口。22文件系统的功能（补充）文件系统的功能（补充）1.使用户可执行创建、修改及删除读写文件的命令。使用户可执行创建、修改及删除读写文件的命令。2.使用户在系统控制下共享其他用户的文件，以便用户使用户在系统控制下共享其他用户的文件，以便用户可共享其它人的工作成果。可共享其它人的工作成果。3.使用户能以合适的方式构造其他文件。使用户能以合适的方式构造其他文件。4.使用户能使用在文件间进行数据传输的命令。使用户能使用在文件

20、间进行数据传输的命令。5.为了实现按名存取为了实现按名存取，需要有一个用户可见的文件逻辑，需要有一个用户可见的文件逻辑结构，用户按照文件逻辑结构所给定的方式进行信息结构，用户按照文件逻辑结构所给定的方式进行信息的存取和加工。这种逻辑结构是独立于物理存储设备的存取和加工。这种逻辑结构是独立于物理存储设备的。的。 6.为了防止意外事故，文件系统具有转储和恢复文件的为了防止意外事故，文件系统具有转储和恢复文件的能力。能力。7.能提供可靠的保护和保密措施。能提供可靠的保护和保密措施。23Widows的主流文件系统的主流文件系统FAT(File Allocation Table)是是“文件分配表文件分配

21、表”的的意意 思。对我们来说，它的意义在于对硬盘分区思。对我们来说，它的意义在于对硬盘分区的管理。的管理。FAT16、FAT32、NTFS是目前最常见的三种文是目前最常见的三种文件系统。件系统。24其它文件系统其它文件系统FAT12:是是IBM第一台个人电脑中的第一台个人电脑中的MS-DOS 1.0使用的使用的文件系统，主要用于软盘。这种系统限制分区的容量文件系统，主要用于软盘。这种系统限制分区的容量最大为最大为16MB但这根本算不上问题，因为软盘容量但这根本算不上问题，因为软盘容量从来没有达到从来没有达到16MB。 ISO9660：CD-ROM的文件系统，不过现在已经延伸的文件系统，不过现在

22、已经延伸出很多新的文件系统，对它的一些缺点进行了弥补，出很多新的文件系统，对它的一些缺点进行了弥补，如如Juliet等。等。 UDF：可读写光盘的文件系统。可读写光盘的文件系统。 Mac HFS：苹果电脑的文件系统，对大容量磁盘有比苹果电脑的文件系统，对大容量磁盘有比较好的支持。不过，现在大多数苹果电脑还在使用较好的支持。不过，现在大多数苹果电脑还在使用FAT32文件系统。文件系统。 25图图7-2 文件系统模型图文件系统模型图对象及其属性说明对象及其属性说明n文件文件n目录目录n磁盘（磁带）存储空间磁盘（磁带）存储空间文件系统的接口文件系统的接口n命令接口命令接口：这是指作为：这是指作为用户

23、与文件系统交互的用户与文件系统交互的接口。用户可通过键盘接口。用户可通过键盘终端键入命令，取得文终端键入命令，取得文件系统的服务。件系统的服务。n程序接口程序接口26 6.1.3 文件的基本操作文件的基本操作 文件的基本操作包括文件的打开、文件的读写、文件的基本操作包括文件的打开、文件的读写、文件的关闭文件的拷贝、文件的删除和文件的添加等。文件的关闭文件的拷贝、文件的删除和文件的添加等。（1） 文件的打开（建立）文件的打开（建立） 在在Visual Basic中使用中使用open语句打开或建立一个文语句打开或建立一个文件，并指定一个文件号和文件的打开模式等。件，并指定一个文件号和文件的打开模式

24、等。open语语句兼有打开文件和建立文件两种功能。句兼有打开文件和建立文件两种功能。（2）文件的关闭）文件的关闭 文件的读写操作结束后，可以通过文件的读写操作结束后，可以通过Close语句将语句将Open语句打开的输入语句打开的输入/输出文件关闭。输出文件关闭。27（3） 文件的删除文件的删除 删除文件可以用删除文件可以用Kill语句实现，具体格为：语句实现，具体格为： Kill 文件名（4） 拷贝文件拷贝文件 用用FileCopy语句可以把源文件拷到目标文件，拷贝后两个语句可以把源文件拷到目标文件，拷贝后两个文件的内容完全一样，例如：文件的内容完全一样，例如： FileCopy ”Soure

25、.dat”, “Target.dat”. （5）建立和删除文件目录）建立和删除文件目录 在在VB中可以通过中可以通过MkDir语句建立一个目录，语句建立一个目录，RmDir语句删语句删除一个文件目录。除一个文件目录。 28(1) 逻辑记录逻辑记录(结构结构)逻辑记录是文件中按信息在逻辑上的独立含义来划分的信逻辑记录是文件中按信息在逻辑上的独立含义来划分的信息单位。息单位。逻辑记录是对文件进行存取操作的基本单位。逻辑记录是对文件进行存取操作的基本单位。 (2) 物理记录物理记录(结构结构)在存储介质上，由连续信息所组成的一个区域称为块，也在存储介质上，由连续信息所组成的一个区域称为块，也叫物理记

26、录。叫物理记录。(3) 逻辑记录与物理记录的区别与关系逻辑记录与物理记录的区别与关系一个是逻辑的概念，一个是物理的概念一个是逻辑的概念，一个是物理的概念逻辑记录最终在存放到物理记录上逻辑记录最终在存放到物理记录上文件的两种结构：文件的两种结构：7.2 文件的结构与组织文件的结构与组织29例如例如:学生登记表文件学生登记表文件 xsdjb.dbf姓名姓名 学号学号 籍贯籍贯 通信地址通信地址 邮政编码邮政编码李铭李铭 925678 武昌武昌 武昌关山街武昌关山街125号号 430074司马乐司马乐 925679 北京北京 北京海军路北京海军路88号号 100034Operating System

27、Operating System31文件逻辑结构类型文件逻辑结构类型1.记录式文件记录式文件记录式文件按照记录长度是否相同，又可分为记录式文件按照记录长度是否相同，又可分为定长记录文件和不定长记录定长记录文件和不定长记录文件两种。文件两种。 （1）定长记录：定长记录：文件中所有记录的长度相等文件中所有记录的长度相等 。 （2）变长记录：变长记录：文件中记录的长度不相等。文件中记录的长度不相等。定长记录文件的长度定长记录文件的长度 = 记录个数记录个数记录长度记录长度。变长记录文件的长度为各记录长度变长记录文件的长度为各记录长度之和之和。32长度直接按字节来计算。长度直接按字节来计算。33两种文

28、件的比较两种文件的比较流式文件就象给流式文件就象给一张白纸给用户一张白纸给用户，用户可将他，用户可将他的信息任意地写到纸上，的信息任意地写到纸上，没有任何格式上的限没有任何格式上的限制制。记录式文件就象给一张表格给用户，用户要按记录式文件就象给一张表格给用户，用户要按表表规定的格式填信息规定的格式填信息。显然，结构式文件对用户的限制很大，使用起显然，结构式文件对用户的限制很大，使用起来就不方便，所以记录式文件被淘汰是理所当来就不方便，所以记录式文件被淘汰是理所当然的。然的。34北京理工大学北京理工大学2002填空题填空题1.根据文件的逻辑结构，文件分为（）和记录根据文件的逻辑结构，文件分为（）

29、和记录式文件式文件2.在文件系统中，用于文件的标识，并按其进在文件系统中，用于文件的标识，并按其进行存取的是文件的（）行存取的是文件的（）答案：答案：1.流式文件流式文件 2.文件名文件名356.2.2 顺序文件顺序文件 1.逻辑记录的排序逻辑记录的排序 (1) 串结构：记录的顺序与关键字无关，按时间顺串结构：记录的顺序与关键字无关，按时间顺序排列。序排列。 (2) 顺序结构：指文件中的所有记录按关键字顺序结构：指文件中的所有记录按关键字(词词)排列。排列。 对顺序结构文件可有更高的检索效率，可利用某对顺序结构文件可有更高的检索效率，可利用某种有效的查找算法。种有效的查找算法。362.对顺序文

30、件的读写操作对顺序文件的读写操作对于定长记录的顺序文件，如果已知当前记录的对于定长记录的顺序文件，如果已知当前记录的逻辑地址，便很容易确定下一个记录的逻辑地址。逻辑地址，便很容易确定下一个记录的逻辑地址。对于变长记录的顺序文件，在顺序读或写时的情对于变长记录的顺序文件，在顺序读或写时的情况相似，但应分别为它们设置读或写指针，在每况相似，但应分别为它们设置读或写指针，在每次读或写完一个记录后，须将读或写指针加上次读或写完一个记录后，须将读或写指针加上Li。Operating SystemOperating Systemq顺序文件的优缺点顺序文件的优缺点v优点优点结构简单，容易实现。结构简单，容易

31、实现。顺序文件的最佳应用场合，是在对诸记录进行顺序文件的最佳应用场合，是在对诸记录进行批量存取批量存取时，即每次要读或写一大批记录。时，即每次要读或写一大批记录。只有顺序文件才能存储在磁带上，并能有效地只有顺序文件才能存储在磁带上，并能有效地工作。工作。v缺点缺点如果用户如果用户(程序程序)要求要求查找或修改查找或修改单个记录，单个记录， 顺顺序文件所表现出来的序文件所表现出来的性能就可能很差。性能就可能很差。如果想如果想增加或删除增加或删除一个记录，一个记录， 都比较困难都比较困难（需（需移动移动大量数据）。大量数据）。创建文件必须给出大小，不利于动态增长。创建文件必须给出大小，不利于动态增

32、长。387.2.3 索引文件索引文件对于定长记录，除了可以方便地实现顺序存取外，还可较对于定长记录，除了可以方便地实现顺序存取外，还可较方便地实现直接存取。然而，对于变长记录就较难实现直方便地实现直接存取。然而，对于变长记录就较难实现直接存取了，因为用直接存取方法来访问变长记录文件中的接存取了，因为用直接存取方法来访问变长记录文件中的一个记录是十分低效的，其检索时间也很难令人接受。为一个记录是十分低效的，其检索时间也很难令人接受。为了解决这一问题，可为变长记录文件建立一张索引表，对了解决这一问题，可为变长记录文件建立一张索引表，对主文件中的每个记录，在索引表中设有一个相应的表项，主文件中的每个记录，在索引表中设有一个相应的表项，用于记录该记录的长度用于记录该记录的长度L及指向该记录的指针及指向该记录的指针(指向该记录指向该记录在逻辑地址空间的首址在逻辑地址空间的首址)。由于索引表是按记录键排序的，。由于索引表是按记录键排序的，因此，索引表本身是一个定长记录的顺序文件，从而也就因此，索引表本身是一个定长记录的顺序文件，从而也就可以方便地实现直接存取。图可以方便地实现直接存取。图7-4示出了索引文件示出了索引文件(Index File)的组织形式。的组织形式。