第5章文件管理

1、第五章文件管理25.1 文件文件5.1.1 文件定义文件定义 文件：以文件名字标识的在计算机上存储的信息集合。文件：以文件名字标识的在计算机上存储的信息集合。 文件包括两部分 文件体 文件说明 文件静态信息的描：包括文件的基本信息、存取控制信息和文件使用信息等。 FCB文件控制块：存放文件说明全部信息。35.1.2 文件分类文件分类 按文件性质和用途分类按文件性质和用途分类(*) 按文件保护方式分类（按文件保护方式分类（*） 按文件的逻辑存储结构分类按文件的逻辑存储结构分类 有结构文件：由若干个记录构成的文件，又称记录式文件； 无结构文件：由字符序列所构成的文件，又称为流式文件。4 按用户观点

2、分类按用户观点分类普通文件(常规文件) ：是指系统中最一般组织格式的文件，一般是字符流组成的无结构文件；目录文件：是由文件的目录信息构成的特殊文件，操作系统将目录也做成文件；特殊文件（设备驱动程序）：在UNIX或Linux操作系统中，所有的输入输出外部设备都被看作特殊文件便于统一管理。 5 按存取的物理结构分类(详见后面章节)顺序（连续）文件：链接文件：索引文件：65.1.3 文件操作文件操作 分类 关于文件的创建、打开、关闭、读写、以及删除的服务； 关于设置和修改用户对文件的存取权限的服务； 关于目录的建立、改变、删除的服务； 关于文件共享、设置访问路径等的服务。 实现方式 操作命令 系统调

3、用7 Linux操作命令 Linux 文件系统调用 Open Close Read Write Lseek：文件随机存取85.2 文件系统文件系统 文件系统 操作系统中负责管理和存取文件信息的软件 主要功能 实现“按名存取”。用户按照可见的文件逻辑结构提供的方式进行信息的加工和存取。这种逻辑结构独立于物理存储设备，对用户透明，用户不必了解文件存取的物理细节，由文件系统进行文件名到文件存储设备物理地址的映射。 合理存放文件，对磁盘等外存空间进行统一管理。用户创建文件时为其分配外存空间，用户删除或修改文件时回收或调整其外存空间，以提高外存空间的利用率。9 提供合适的文件物理结构。文件在物理设备上的

4、存放方式称为文件的物理结构，一个好的文件物理结构会给系统带来好的空间和时间利用率。 实现对文件及文件目录的管理。 提供用户接口。如键盘命令、图形菜单、批处理和系统调用函数，均由文件系统提供。 提供有关文件自身的服务，如文件的共享和保护以及文件完整性控制等。105.3 文件逻辑结构文件逻辑结构 5.3.1 逻辑结构类型逻辑结构类型 文件的结构：文件的组织形式 逻辑结构。这是从用户观点出发，观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构。 物理结构。文件在外存上的存储组织形式 ，指在保证文件逻辑一致性的分配方式下所形成的文件结构，对于用户透明。文件磁盘文件存入取出保证逻辑一致性保证逻辑一致

5、性11 文件的逻辑结构分类： 字符流式 由字符序列组成的文件，是无结构文件，其内部信息不再划分结构，也可以理解为该文件的基本信息单位是字符。 记录式文件 有结构文件。其文件信息被划分为若干条记录，用户以记录为单位组织信息。12文件的物理结构分类(复习)顺序（连续）文件链接文件索引文件13 连续文件 将一个逻辑上连续的文件信息依次存放到连续的物理块中。 文件数据结构 起始块号 文件长度14 例文件A的逻辑块号为0、1、2、3，其连续文件的物理结构如下图所示。 优点：简单，不占用额外的存储空间，对连续存取有最好的时空效率。 缺点：时间开销大。对数据进行增删改动，完成操作后仍需保持物理上的连续，大量

6、的物理块移动导致。15 链接文件 采用物理上不连续的块存放文件，并使用指针实现各块间逻辑上的连续性。 上例中，文件A如果采用串联分配，其物理存储结构如下图所示。16 优点 使用串联文件结构时，只需提供该文件的第一个物理块号，无须提供文件长度。 串联文件结构下，文件长度可以动态增长，增删方便，只要调整指针就可以方便地插入或删除信息块。 缺点 由于逻辑块号到物理块号的转换需要由第一块开始，依照指针的指引，在队列中逐块查询，而每获取一个指针值都必须读一次物理块。 对磁盘等设备而言，为了读取某个数据块可能造成磁头大幅度移动而花费很多的时间开销。所以该文件结构查询效率极低。 串联分配适于逻辑上连续，且存

7、取也是顺序访问的文件。串联结构不适合随机存取。17索引文件 每个文件对应一个索引表，索引表描述逻辑块与物理块的映射关系。 索引表的结构：逻辑块号及对应的物理块号 上例中的文件A如果采用索引结构，其文件物理结构如下图所示。18 优点：既适用于顺序存取也适用于随机存取，且时间效率高。 缺点： 需要付出索引表占用的存储空间 由于索引表存放在外存，所以访问索引表会增加读盘次数 当文件很大时，其索引表项也相应增长，使得查询效率下降。 解决方法：采用多级索引方式。 多级索引：当某级索引表很长时，在该级索引的基础上再建一级索引，形成一个索引树，以提高查询效率。 问题：建立更多的索引表，占用更多的磁盘空间；每

8、查询一级索引表就要访问一次外存，因而存取一个数据块就要相应增加一次读盘次数。 解决方法：将当前已经打开的文件的索引表放入内存，以减少读盘次数，提高访问速度。195.4 文件分配文件分配 文件分配 文件在外存介质上的存放方式。 存储文件时如何记录各个文件分别用到哪些磁盘块，这种记录各个文件分别用到哪些磁盘块的方法就称为文件分配方法。 文件分配方法 连续分配、串联分配和索引分配205.4.1连续分配连续分配 连续分配：给文件分配一组连续的物理盘块。14-16、19-24、28-31连续215.4.2链接分配链接分配 隐式链接：在文件目录的每个目录项中，都须含有指向链接文件第 一个盘块和最后一个盘块

9、的指针。 22 显式链接：把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。整个磁盘设置一张表。由于分配给文件的所有盘块号都放在该表中，该表称为文件分配表 。235.4.3索引链接分配索引链接分配 一级索引链接分配：为每个文件分配一个索引块（表），把分配给该文件的所有盘块号，都记录在该索引块中，文件目录中则含有指向索引块的指针。 索引块文件目录24 多级索引链接分配：索引块太多时，应为索引块再建立一级索引，称第一级索引，形成了两级索引分配方式。 25 补充 文件存储设备 磁盘、磁带、光盘等，其中磁盘又可以分为硬盘、软盘和U盘。 存储设备的物理结构和存取方法 (存储设备的特性决定了文

10、件可能的物理结构和存取方法) 分类 顺序存取设备 直接存取设备26顺序存取设备 磁带是一种典型的顺序存储设备。 特点：从前到后依次访问物理块 结构： 存储块、间隔交替（如下图） 为了让磁带机在存取物理块时有加速和停止的缓冲区域，磁带上两个相邻物理块之间设计了一个间隔将它们隔开。 与存取速度和数据传输率相关的因素： 信息密度（字符数英寸） 磁带带速（英寸秒） 块间间隔27直接存取设备 磁盘是典型的直接存取设备。 特点：该设备允许文件系统直接存取磁盘上的任意物理块。访问指定的物理块时，磁头可直接定位到目标位置，无需磁带顺序设备那样事先存取其前面的物理块。 结构：磁盘一般由若干盘片组组成。每个盘片被

11、格式化为若干磁道，每磁道又被分割为若干扇区，每扇区存放相同容量的信息。多个盘面的同一磁道形成同一个柱面。其中每个盘片对应一个装有读写磁头的磁头臂，由磁头臂上两个读写磁头分别对磁盘片的上下两面进行读写。所以，磁盘上每个物理盘块的位置可以由柱面号、磁头号和扇区号表示。磁盘结构如图所示。285.5 目录管理目录管理5.5.1 目录管理的要求（目录管理的要求（*）295.5.2 文件控制块文件控制块FCB和索引结点和索引结点 FCB 基本信息 文件名 文件物理位置： 文件结构：指示文件的逻辑结构和物理结构。 存取控制信息 使用信息305.5.4 目录结构目录结构 目录结构：目录文件的组织形式 分类：一

12、级目录、二级目录和多级目录 一级目录 思想：把所有的文件都登记在一张目录表中，按文件名查找目录得到文件存放的地址。 操作： 建立一个新文件时就在文件目录中增加一个目录项； 每当删去一个文件时就在文件目录中删去该文件的目录项。31 二级文件目录 第一级为系统目录，也称为主目录(MFD)，它包含了用户目录名和指向该用户目录文件的指针； 第二级为用户目录(UFD)，它包含了该用户所有文件的文件目录项。32 多级文件目录结构 采用树型数据结构组织。 文件的路径名:由根目录到该文件的路径上所有目录文件名和该文件的符号名组成，它是文件的外部标识。 不在同一个子目录下的文件允许同名。335.6 文件存储空间

13、管理文件存储空间管理 文件存储空间的管理：实质上是一个空闲块的组织和管理问题，它包括空闲块的组织，空闲块的分配与空闲块的回收等几个问题。 管理外存空间的方法有空闲表法、位示图法、空闲链表法以及链接索引表法等。345.7 文件的共享与保护文件的共享与保护 共享35 文件保护 根据不同的用户对文件进行存取权限控制和保密控制。 保密：未经文件所有者允许，任何用户不得访问被保护文件。 操作系统对于文件存取权限控制应该作到以下几点： 对于拥有读、写或执行权限的用户，应该允许其对文件进行相应权限的操作。 对于不具备读、写或执行权限的用户，应该禁止其对文件进行相应的操作。 应该防止冒充其它用户对文件进行存取

14、的行为。 应该防止拥有存取权限的用户误用文件。36 操作系统提供的存取控制验证模块分三步验证用户的存取操作权限： 审定用户的存取权限； 比较用户权限的本次存取要求是否一致； 将存取要求与被访问的文件的控制权限比较，看是否有冲突。37 操作系统通过以下四种方法实现文件的存取控制： 方法一：存取控制矩阵 存取控制矩阵用一个二维表格描述不同文件针对不同用户的存取控制权限，当用户向文件系统提出存取某个文件的要求时，由存取控制模块根据该矩阵中的内容进行验证，匹配则允许，不匹配则拒绝。用用户户权权限限文文件件名名WangZhangLia.cRWEREEb.cRWRRWEx.cERWEE38例：Linux采

15、用该方法，它将用户分为三类：文件主、同组用户和其它用户，这样，每个文件针对不同类型用户的存取权限只需要9位二进制位即可描述。用用户户文文件件名名文件主文件主A组组B组组其它其它a.cRWERWEEb.cRWERWRx.cREENone方法二：存取控制表存取控制表以文件为单位，将用户按某种方式划分为若干类，按类进行存取控制权限的设定。39 方法三：口令 口令有两种：一种用于设定用户对计算机系统的使用权限，可由计算机系统的拥有者指派，用户登录系统时输入口令并交由操作系统进行检验；另一种则是用户创建文件时为文件设置的口令，该口令设定了用户打开文件的权限。 口令方式简单、快捷、易于实现，但是保密性能差，一旦口令被泄露，使用者将获得文件主对文件的使用权限，没有任何限制，因而保密级别低。 方法四：密码（密码学角度） 密码具有很高的保密级别。用户创建源文件，将其编码加密后写入磁盘存储设备，读出文件时需要对该密文进行译码解密。由于加密方法只有用户自己知道，因此也只有用户自己才能解密，使这种方法具有很高的密级。但这种方法需要花费加密和解密的系统时间开销，所以一般情况下不会使用，只有需要高密级保护的文件才使用密码进行加密。 40补充补充: : 文件完整性文件完整性 定义：是指文件的不失真性 分类