计算机操作系统第八章.ppt

1、第八章 文件系统,文件和文件系统 文件逻辑结构 目录管理 文件共享 文件保护,8.1 文件和文件系统,8.1.1 文件、记录和数据项 8.1.2 文件类型 8.1.3 文件系统模型 8.1.4 文件操作,8.1.1 文件、记录和数据项,数据项 基本数据项：描述一个对象的某种属性的字符集，是数据组织中可命名的最小逻辑数据单位，又称数据元素或字段。除了数据名，还应包括数据类型 组合数据项：由若干基本数据项组成，简称组项,8.1.1 文件、记录和数据项,记录 一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属性 为了唯一标识一个记录，需要关键字 关键字是能唯一标识一个记录的数据项,8.1.1 文件、记

2、录和数据项,文件 具有文件名的一组相关信息的集合，是数据的一种组织形式 有结构：文件由若干记录组成 无结构：一个字符流 文件是文件系统中一个最大的数据单位 文件有自己的属性：文件类型、长度、物理位置、存取控制、建立时间等,8.1.2 文件类型,按用途分类 系统文件 用户文件 库文件 按文件中的数据形式分类 源文件 目标文件 可执行文件,8.1.2 文件类型,按存取控制属性分类 只执行文件 只读文件 读写文件 按文件的逻辑结构分类 有结构文件 无结构文件,8.1.2 文件类型,按文件的物理结构分类 顺序文件 链接文件 索引文件,8.1.3 文件系统模型,文件系统 含有文件及其属性的说明，对文件进

3、行操纵和管理的软件，以及向用户提供的使用文件和接口等的集合 分三个层次,8.1.3 文件系统模型,对象及其属性说明 文件：文件管理的直接对象 目录：包含文件名和各种属性的说明，是方便用户和提高存取速度的关键 磁盘存储空间,8.1.3 文件系统模型,对对象操纵和管理的软件集合 功能 对文件存储空间的管理 对文件目录的管理 用于将文件的逻辑地址转换为物理地址的机制 对文件读和写的管理 对文件的共享与保护等功能,8.1.3 文件系统模型,对对象操纵和管理的软件集合 层次 I/O控制层：又称设备驱动程序层，负责启动I/O操作和中断处理 基本文件系统：又称物理I/O层，主要处理内存与磁盘间数据块的交换

4、基本I/O管理程序：又称文件组织模块，完成与I/O有关的事务：选择文件所在设备、块转换、空闲盘块管理、I/O缓冲 逻辑文件系统：处理与文件和记录相关的操作,8.1.3 文件系统模型,文件系统的接口 命令接口：用户通过键盘输入命令，取得文件系统的服务 程序接口：应用程序通过系统调用取得文件系统的服务，如open()、read()、write()等,8.1.4 文件操作,对记录的操作 检索所有记录 检索单个记录 插入一个记录 删除一个记录 修改一个记录,8.1.4 文件操作,对文件的操作 创建文件 删除文件 读文件 写文件 截断文件 设置文件的读/写位置,8.2 文件逻辑结构,文件的结构 逻辑结构

5、：从用户角度出发观察到的文件组织形式 物理结构：文件在外存上的存储组织形式 对文件逻辑结构的要求： 提高检索效率、便于修改、降低文件存储费用,8.2 文件逻辑结构,8.2.1 文件逻辑结构的类型 8.2.2 顺序文件 8.2.3 索引文件 8.2.4 索引顺序文件,8.2.1 文件逻辑结构的类型,有结构文件 由一个以上的记录构成的文件，也称记录式文件 记录包含若干数据项 定长记录 变长记录 组织形式 顺序文件 索引文件 索引顺序文件,8.2.1 文件逻辑结构的类型,无结构文件 即流式文件，长度以字节为单位 对流式文件的访问利用读写指针来指出下一访问位置,8.2.2 顺序文件,逻辑记录的排序 串

6、结构：记录的顺序与关键字无关 顺序结构：记录按关键字排序,8.2.2 顺序文件,对顺序文件的读写操作 定长记录：每次读写后指针增加L 变长记录：每次读写后指针增加Li 顺序文件的优缺点 适于对记录的批量存取 不适合交互场合和增建记录,8.2.3 索引文件,形式 为变长记录文件建立一张索引表，每个记录有一表项，记录该记录的长度及指向该记录的指针 索引表是定长文件 检索 先在索引表中检索表项，根据表项访问所需记录,8.2.4 索引顺序文件,形式 记录分组，索引文件记录每组第一个记录的键值和指针 检索 先在索引表中检索表项，根据表项找到被文件记录所在的组，再顺序查找所访问记录,8.3 目录管理,目录

7、管理的要求 实现“按名存取” 提高对目录的检索速度 文件共享 允许文件重名,8.3 目录管理,8.3.1 文件控制块和索引点 8.3.2 单级目录结构 8.3.3 两级目录结构 8.3.4 树型目录结构 8.3.5 目录查询技术,8.3.1 文件控制块和索引点,文件控制块FCB 基本信息类： 文件名 文件物理位置 文件逻辑结构 文件的物理结构,8.3.1 文件控制块和索引点,文件控制块FCB 存取控制信息类 文件属主的存取权限 核准用户的存取权限 一般用户的存取权限 使用信息类 文件的建立日期和实际 文件上一次修改的日期和实际 当前使用信息,8.3.1 文件控制块和索引点,索引节点 索引节点的

8、引入 直接将目录读入内存查找文件耗时很长，因此把文件描述信息单独形成一个数据结构 如，在UNIX中目录项仅包含文件名和索引节点号，文件的其他信息在其索引节点中描述,8.3.1 文件控制块和索引点,索引节点 磁盘索引节点 文件主标识 文件类型 文件存取权限 文件物理地址 文件长度 文件连接计数 文件存取时间,8.3.1 文件控制块和索引点,索引节点 内存索引节点 索引节点编号 状态 访问计数 文件所在设备的逻辑设备号 链接指针,8.3.2 单级目录结构,形式 整个系统建立一张目录表，包含：文件名及扩展名、文件物理地址、其他属性、状态位 缺点 查找速度慢 不允许重名 不便于实现文件共享,8.3.3

9、 两级目录结构,形式 一个主文件目录MFD，每个用户一个用户文件目录UFD 优点 提高检索速度 每个用户的名字空间是独立的 便于共享文件,8.3.4 树型目录结构,树型目录 具有三级及以上的文件目录结构称为树型目录 路径名 从根目录到文件间的所有目录连接起来形成每个文件的唯一的路径名 当前目录 增加和删除目录 不删除非空目录 可删除非空目录,8.3.5 目录查询技术,线性检索法 又称顺序检索法，依次查找文件名的各分量 Hash法,8.4 文件共享,8.4.1 早期实现文件共享的方法 8.4.2 基于索引点的共享方式 8.4.3 利用符号链接实现文件共享,8.4.1 早期实现文件共享的方法,绕弯

10、路法 每个用户一个“当前目录”，跳过“向上走”访问其上级目录 连访法 在相应的目录之间建立连接，需在文件说明中增加“连访属性”和“用户计数” 利用基本文件目录实现文件共享 系统设一基本目录，每个文件一项，包含唯一标识符 每用户一个符号文件目录，包含文件的符号名和标识符,8.4.2 基于索引节点的共享方式,8.4.2 基于索引节点的共享方式,8.4.3 利用符号链接实现文件共享,符号链接 为共享文件创建一个新文件，其中只包含被链接文件的路径名,8.5 文件保护,影响文件安全的主要因素 人为因素 系统因素 自然因素 可采取的措施 通过存取控制防止人为因素影响 通过系统容错技术防止系统因素影响 通过

11、“后备系统”防止自然因素影响,8.5 文件保护,8.5.1 保护域 8.5.2 访问矩阵 8.5.3 访问矩阵的修改 8.5.4 访问矩阵的实现 8.5.5 分级安全管理,8.5.1 保护域,保护域 进程仅在保护域内执行，该域指定进程所能访问的对象 不同对象所施加的操作不同 进程只能访问它必须访问的对象，须知(read to know)原则 把一个进程对某对象执行操作的权利称为访问权，每种访问权可用一个有序对（对象名，权集）来表示 域是一组对象访问权的集合,8.5.1 保护域,进程与域之间的联系 静态联系 进程的可用资源在进程的整个生命期中是固定的 应允许修改域的内容 动态联系 进程的可用资源

12、在进程的整个生命期中是变化的 需要使进程在运行期间切换域的机制，同时也允许修改域的内容,8.5.2 访问矩阵,访问矩阵(Access Matrix) 行代表域，列代表对象，每一项是一组访问权access(i,j)定义了域Di中执行的进程对对象Qj的访问权 访问矩阵中增加表示其他域的对象， 表示各域能否切换到该域,8.5.3 访问矩阵的修改,拷贝权 将某域拥有的访问权扩展到同列中其他域中 两种变型 转换拷贝权 限制拷贝 所有权 某域对某对象有所有权，则可以增加或修改其他域对该对象的访问权,8.5.3 访问矩阵的修改,控制权 域Di对Dj有控制权，可以删除域Dj对各对象的任何访问权,8.5.4 访问矩阵的实现,访问控制表 为访问矩阵每列建立一张表ACL，删除空项 每个用户或进程是一个域 访问权限表 访问矩阵每行构成一张表 保护访问权限表 存到系统区的专用位置，只允许OS访问 每个对象建立标识位 访问权限表在用户空间，但译成密码,8.5.5 分级安全管理,系统级安全管理 不允许未核准的用户进入系统 注册 登陆 若干措施 定期修改口令