第10讲.文件管理

1、操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P1第十讲文件管理华软软件工程系华软软件工程系操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P2在计算机上需要用到的程序、数据等信息存放在哪里？如何组织？用户是否需要知道上述信息的物理存放地址才能存取访问呢？用户通过哪种方式完成文件的存取？操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P3概述 文件系统是OS中对文件进行控制和管理的模块 文件系统的功能：负责管理文件为用户提供简单而又统一的存取和管理文件的方法文件系统设计目标 方便用户使用 提高文件检索速度 提供文件共享 提供文件安全性保证和提高存储文件的外存资源利用率操作系统华软

2、软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P4基本概念 文件：存放在外存上信息的集合。从用户的角度看，文件是外存的最小分配单元，即数据必须组织在文件中，否则不能写入外存。 文件名：对文件的外部唯一标识。文件名以字符串的形式描述。 文件属性：对文件更细节的描述包含有：文件名（外部标识）、文件标识符（内部标识）、类型、位置、大小、权限、时间日期、用户等操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P5操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P6操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P7 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组成：相关数据结构、系统程序

3、、系统调用（接口）功能：实现对存储设备上空间的组织、分配；对文件进行存取、保护、检索。它向用户提供简单的使用界面：“按名存取”，是用户与外存之间的接口。 文件分类按文件性质和用途分：系统文件、库文件、用户文件按文件的访问方式分:顺序存取文件和随机存取文件 文件结构：指文件的组织形式，分为逻辑结构和物理结构逻辑结构：由用户定义并对用户可见物理结构：由OS定义并对用户透明操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P8文件的逻辑结构及其存取 文件的逻辑结构（两种）字符流式文件：构成文件的基本单位是，文件是有逻辑意义的、的一串字符的集合。整个文件就是一个无结构字节序列。如源程序、可执行文件记

4、录式文件：文件是由若干个组成，每个记录有一个键，可按键进行查找。记录式文件是的文件。可分为定长记录文件、变长记录文件操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P9一条记录一条记录一个字节一个字节字节序列字节序列 记录序列记录序列 操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P10 文件的存取方法顺序存取：按照文件的逻辑地址顺序存取随机存取：按记录号存取（记录文件）或按指定的逻辑地址（读写位置）存取（流式文件）按键存取：按记录的名称或Key存取(记录文件)文件的物理结构与存储设备 基本概念文件的物理结构是指文件在外存上的存放方式，以及与逻辑结构之间的映射关系，是文件的存储结构物

5、理结构决定了逻辑地址到物理地址的转换效率物理结构确定了文件在存储介质上的物理组织形式选择物理结构时几个标准：存取快速、更新容易、节省存储空间、管理简单、可靠性好操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P11 文件的物理结构从文件在存储介质上的存放方式看，可分为：连续结构、串联（链接）结构、索引结构三种连续（顺序）结构 一个文件的信息存放在若干连续的物理块中 优点:简单,支持顺序和随机存取,顺序存取速度快, 寻道时间最少. 缺点: 文件不能动态增长,不利于文件插入和删除,存在碎片问题操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P12串联（链接）结构一个文件的信息存放在若干不连

6、续的物理块中，各块之间通过指针连接，前一个物理块指向下一个物理块。优点：提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题，有利于文件插入和删除，有利于文件动态扩充缺点：存取速度慢，不适于随机存取；可靠性问题，如指针出错；更多的寻道次数和寻道时间；链接指针占用一定的空间。链接结构的一个变形:文件分配表操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P13串联结构：用非连续的物理块来存放信息串联结构：用非连续的物理块来存放信息操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P14文件名文件名 始址始址 末址末址jeep 9 2501234567891011121314151617181920212

7、223242526272829303111016-125FAT：串联结构的变形：串联结构的变形操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P15索引结构 一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构-索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中。 优点：保持了链接结构的优点,又解决了其缺点，即能顺序存取,又能随机存取，满足了文件动态增长、插入删除的要求，也能充分利用外存空间。 缺点：较多的寻道次数和寻道时间，索引表本身带来了系统开销，如：内外存空间，存取时间。操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P16索引结构索引结构操作系统华软软件学院软件工

8、程系华软软件学院软件工程系P17012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名文件名 索引表地址索引表地址Jeep 19 917 1102519文件目录文件目录操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P18 因索引表而增加了存储空间的开销，存取文件时需至少访因索引表而增加了存储空间的开销，存取文件时需至少访问文件存储器两次以上，降低了存取速度问文件存储器两次以上，降低了存取速度多重索引结构多重索引结构操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P19文件的存储设备概述常用的存储设备有磁盘、磁带、光盘等，其中

9、磁盘又可分为硬盘、软盘、U盘等存储设备上的空间被分成同大小的物理块存储设备的特性决定了可能的物理结构和存取方法存取设备分为：顺序存取设备和直接存取设备顺序存取设备：从前到后依次访问物理块，如磁带直接存取设备：允许直接存取设备上的任意物理块，如磁盘、光盘等操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P20物理块：有时也称为簇，为分配单位 在文件系统中，文件的存储设备通常被划分成若干大小相等的物理块。同时也将文件信息划分成相同大小的逻辑块，所有块统一编号。 信息的存储、传输，分配以块为单位进行磁盘 存取物理块的时间与该块所处的位置无关 磁盘一般由若干盘片组成,每个盘片被格式化成若干磁道，每

10、条磁道被划分成若干扇区，每个扇区可存放同样的信息（字节数） 可由柱面、磁头、扇区确定磁盘上的位置操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P21软盘（光盘结构类似） 由软盘驱动器、驱动软件、存储介质（盘片）组成 有5吋盘、3吋盘之分 每张软盘只有一张盘片（单面、双面），有360K、1.2M、1.44M之分 盘片被格式化成磁道（0-39或0-79）、磁道被划分成扇区（1-18等）、双面（0-1）硬盘（组成和分类，类似软盘） 信息记录在磁道上，多个盘片，正反两面都用来记录信息，每面一个磁头 所有盘面中处于同一磁道号上的磁道组成一个柱面 物理地址形式：磁头号(盘面号)、磁道号(柱面号)、扇

11、区号操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P22操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P23柱面柱面扇区扇区磁臂磁臂磁头磁头硬硬盘盘操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P24文件存储空间的管理 概述存储空间的管理,实际上时对空闲块的组织和管理管理内容包括：空闲块的组织、分配、回收常见管理方法：空闲文件目录、空闲块链、位示图 空闲文件目录将一片连续的空闲块作为一个空闲文件为每个空闲文件分配一“目录”项，所有的目录项组成空闲文件目录，参见下图示（课本P209表7-1）操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P25空闲块链将所有的空闲块通过指针

12、链接起来，形成一个链表常见链接方法按空闲块大小顺序链接（需额外的系统开销）按释放的先后顺序链接（需额外的系统开销）成组链接（Unix & Linux使用）位示图用2进制位（bit）表示物理块是否被分配，每个bit代表一个物理块，1代表已分配，0代表空闲。响应请求分配时，找0位分配，并置为1回收时，将物理块对应的位（bit）置为0即可一般将位示图放在内存中操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P26文件目录管理 文件的组成：文件说明 + 文件体OS使用一个数据结构FCB（文件控制块）存放文件说明的全部信息FCB结构至少包含的信息：基本信息：文件名、文件物理位置、文件结构（逻

13、辑结构和物理结构）存取控制信息:用户(文件主、标准用户、普通用户)的存取权限，实现文件的共享和保密使用信息：文件的创建、修改等时间（日期和时间），当前使用的状态信息操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P27 文件目录项、目录文件和i结点一个文件目录项，就是其FCB由当前目录下所有目录项组成的文件，称目录文件在Unix、Linux中，（FCB）被拆分成2部分：16Bytes。文件名14B、i结点指针2Bi结点:索引节点，64B。包含文件属性、共享目录数、时间、物理块号、文件长度等Unix、Linux的FCB为80Bytes操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P28

14、操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P29 文件目录结构：指目录文件的组织形式概述 文件目录结构是指目录文件的组织形式 常见的目录结构有：一级、二级、多级目录一级目录 文件系统在每个介质上只建一个目录文件 目录文件中的每个目录项，对应一个文件的FCB 缺点：不可重名、查询速度慢、不便文件共享二级目录 第一级为系统目录，又称主目录（MFD），包含用户名及指向该用户目录文件（UFD）的指针 第二级为用户目录（UFD），包含该用户所有文件的文件目录项操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P30多级目录采用树状数据结构组织文件目录和文件只有树叶（最末一级）描述的是“信息文

15、件”从根目录开始经过N级子目录到达信息文件任何一级都有一个目录文件，其目录项都 对应另一目录文件（下级）或信息文件优点层次清晰、便于管理无重命名问题查找快速方便文件共享操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P31操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P32操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P33操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P34文件共享与保护 文件共享让指定的用户、按照指定的存取方式共同使用文件。常用的文件共享方法：绕道法、链接法、基本文件目录表法（BFD）（1）绕道法：一直向上级目录返回，直到共享文件同一路径的交叉点，再向

16、下沿共享文件路径访问共享文件（2）链接法：在当前目录下建立一目录项，地址指向被共享的文件目录操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P35操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P36操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P37（3）基本文件目录表法（BFD） 将文件目录分成2部分：BFD和SFD BFD：基本文件目录表，存放文件目录信息中除文件名之外的其他信息 SFD:符号文件目录表，存放文件名及内部标识ID 共享方法在内部标识ID与SFD或BFD的物理块号之间建立一个索引表，该表的内部标识（ID）为0将所有的空闲文件目录组织成一个表，ID为1根目录为主

17、目录（MFD），内部标识ID为2其余所有目录的SFD或BFD的内部标识ID从3开始编号（分配）共享方法参见下图讲解操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P38例：用户进程需要查询/Wang/sub/n.c文件，操作系统响应后按下述步骤在下图中查询。1.在ID号为2的主目录中找Wang，得到其ID号为4 2.由ID号为4的SFD中找sub1,得到ID号为83.再在ID号为8的SFD中找n.c,得到ID号为94.最后在ID号为9的BFD中得到该信息文件的物理地址。操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P39N1098765432104Wang3Zhang6z.doc5x.c5y.c8sub17m.txt9n.c操作系统华软软件学院软件工程系华软软件学院软件工程系P40 文件保护定义：根据不同用户的权限对文件进行存取权限的控制和保密控制存取控制方法 存取控制矩阵：用一个二维表描述所有文件、所有用户之间的权限 存取控制表：用一个二维表描述所有文件、所有用户组（宿主、同组、其他）之间的读写执行权限。Linux采用的就是这种方法 口令：系统使用权限和文件使用权限