第六章 文件管理

文件

數(shù)據(jù)項(xiàng)&記錄&文件

數(shù)據(jù)項(xiàng)分為：

• 基本數(shù)據(jù)項(xiàng)：描述對(duì)象的某些屬性，例如學(xué)生的年齡，姓名學(xué)號(hào)等
• 組合數(shù)據(jù)項(xiàng)：由若干個(gè)基本數(shù)據(jù)項(xiàng)組合而成

記錄：一組相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，用于描述一個(gè)對(duì)象在某方面的屬性

文件：文件是指由創(chuàng)建者所定義的、 具有文件名的一組相關(guān)元素的集合，可分為有結(jié)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件兩種

• 有結(jié)構(gòu)文件：文件由若干個(gè)相關(guān)的記錄組成
• 無結(jié)構(gòu)文件：被看成一個(gè)字符流

文件的屬性

• 文件的類型

  • 
  • 
  • 
  • 

• 文件的長(zhǎng)度

• 文件的物理位置

• 文件的創(chuàng)立時(shí)間

文件系統(tǒng)模型

• 對(duì)象及其屬性：文件管理的對(duì)象有文件、目錄和文件存儲(chǔ)器
• 對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合。這是文件系統(tǒng)的核心部分，實(shí)現(xiàn)了
  • 對(duì)文件存儲(chǔ)空間的管理
  • 文件目錄管理
  • 文件的邏輯地址向物理地址的轉(zhuǎn)換
  • 文件的讀寫管理
  • 文件的共享和保護(hù)
• 文件系統(tǒng)接口。文件系統(tǒng)向用戶提供的接口有命令接口、程序接口、圖形用戶接口三類，用戶可以通過它們來使用文件系統(tǒng)。

文件的邏輯結(jié)構(gòu)

文件的邏輯結(jié)構(gòu)：從用戶觀點(diǎn)出發(fā)，所觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于物理特性，又稱為文件組織

• 無結(jié)構(gòu)文件：流式文件
• 有結(jié)構(gòu)文件：由一組相似的記錄組成，又稱記錄式文件。每個(gè)記錄又有若干數(shù)據(jù)項(xiàng)組成
• 根據(jù)有結(jié)構(gòu)文件中的各條記錄在邏輯上如何組織可以分為三類

順序文件

順序文件：文件中的記錄一個(gè)接一個(gè)地順序排列

• 串結(jié)構(gòu)：記錄之間的順序與關(guān)鍵字無關(guān)
• 順序結(jié)構(gòu)：記錄之間的順序按關(guān)鍵字順序排列

• 對(duì)于可變長(zhǎng)記錄，無法實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取
• 對(duì)于定長(zhǎng)記錄，可隨機(jī)存取，串結(jié)構(gòu)無法快速檢索
• 增加/刪除一個(gè)記錄比較困難

索引文件

解決可變長(zhǎng)記錄的隨機(jī)存取

• 優(yōu)點(diǎn)：將一個(gè)需要順序查找的文件改造成一個(gè)可隨機(jī)查找的文件，極大地提高了對(duì)文件的查找速度。
• 利用索引文件插入和刪除記錄也非常方便
• 缺點(diǎn)：除了主文件外還需要配置索引表，增加了存儲(chǔ)開銷

索引順序文件

索引表是一個(gè)定長(zhǎng)記錄的串結(jié)構(gòu)的順序文件

• 基本克服了變長(zhǎng)記錄的順序文件不能隨機(jī)訪問，以及不便于記錄的刪除和插入的缺點(diǎn)
• 仍保留的順序文件的關(guān)鍵特征，即記錄是按關(guān)鍵字的順序組織起來的

多級(jí)索引順序文件

文件的物理結(jié)構(gòu)

對(duì)任一文件都存在兩種形式的結(jié)構(gòu)

• 文件的邏輯結(jié)構(gòu)：從用戶觀點(diǎn)出發(fā)，所觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于物理特性，又稱為文件組織
• 文件的物理結(jié)構(gòu)：又稱為文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。是指系統(tǒng)將文件存儲(chǔ)在外存上所形成的一種存儲(chǔ)組織形式，用戶看不見，與存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)性能有關(guān)還和采用的外存分配方式有關(guān)
• 文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)都將影響文件檢索的速度

連續(xù)分配（順序分配）

順序文件結(jié)構(gòu)

連續(xù)分配要求為每個(gè)文件分配一組相鄰接的盤塊，一組盤塊的地址定義了磁盤上的一段線性地址。

• 把邏輯文件中的數(shù)據(jù)順序地存儲(chǔ)到物理上鄰接的各個(gè)數(shù)據(jù)塊中，這樣形成的物理文件可以順序讀取
• 文件目錄中為每個(gè)文件建立一個(gè)表項(xiàng)，其中記載文件的第一個(gè)數(shù)據(jù)庫地址及文件長(zhǎng)度
• 對(duì)于順序文件連續(xù)讀寫多個(gè)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容時(shí)，性能較好

• 優(yōu)點(diǎn)：
  • 順序訪問容易，可以隨機(jī)存取可以很快檢索文件中的一個(gè)數(shù)據(jù)庫
  • 順序訪問速度快
    • 磁頭移動(dòng)距離短，效率高
• 缺點(diǎn)：
  • 要求有連續(xù)的存儲(chǔ)空間，可能會(huì)導(dǎo)致外部碎片，降低外存利用率【可以緊湊】
  • 必須事先直到文件的長(zhǎng)度
    • 空間利用率不高
    • 不利于文件尺寸的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)

鏈接分配

• 鏈接文件：采用鏈接分配方式時(shí)，可通過在每個(gè)盤塊上的鏈接指針，將同屬于一個(gè)文件的多個(gè)離散盤塊鏈接成一個(gè)鏈表，把形成的文件稱為鏈接文件

• 隱式鏈接

  • 文件目錄的每個(gè)目錄項(xiàng)中，都須含有指向鏈接文件第一個(gè)盤塊和最后一個(gè)盤塊的指針，每個(gè)盤塊中都含有指向下一個(gè)盤塊的指針
  • 
  • 主要問題：只適合順序訪問，對(duì)隨機(jī)訪問極其低效
    • 為了提高檢索速度和減少指針?biāo)加玫拇鎯?chǔ)空間，可以將幾個(gè)盤塊組成一個(gè)簇
    • 減少了查找時(shí)間和指針?biāo)加每臻g，但增大了內(nèi)部碎片

• 顯式鏈接

  • 把用于鏈接文件各物理塊的指針，顯示地存放在內(nèi)存的一張鏈接表中
  • 整個(gè)磁盤僅設(shè)置一張文件分配表（FAT）
    • 分配給文件的所有盤塊號(hào)都存放在該表中
  • 凡是屬于某一文件的第一個(gè)盤塊號(hào)，均作為文件地址被填入相應(yīng)文件的FCB的物理地址字段中
  • 查找記錄的過程是在內(nèi)存中進(jìn)行的，因而不僅顯著提高了檢索速度，而且大大減少了訪問磁盤的次數(shù)
  • 

• 優(yōu)點(diǎn)：

  • 無外部碎片，沒有磁盤空間浪費(fèi)
  • 無需事先知道文件大小。文件動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)時(shí)，可動(dòng)態(tài)分配空閑盤塊

• 缺點(diǎn)：

  • 不能支持高效隨機(jī)/直接訪問，僅適合于順序存取
  • 需要為指針分配空間【隱式鏈接】
  • 可靠性低
  • 文件分配表占用較大內(nèi)存

索引分配

鏈接分配的問題

• 不能支持高效的直接存取
• FAT需要占用較大的內(nèi)存空間1

假設(shè)每個(gè)盤塊大小為1KB，每個(gè)盤塊號(hào)占4個(gè)字節(jié)，則在一個(gè)索引塊中可放256個(gè)文件物理塊的盤塊號(hào)。在兩級(jí)索引時(shí)，最多可包含的存放文件的盤塊的盤塊號(hào)總數(shù)為256*256=64K個(gè)盤塊號(hào)。可以得出：采用兩級(jí)索引時(shí)，所允許的文件最大長(zhǎng)度為64MB。

文件存儲(chǔ)空間的管理

• 存儲(chǔ)空間的基本分配單位是磁盤塊

• 空閑分區(qū)表：屬于連續(xù)分配方式，為每個(gè)文件分配一塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)為空閑區(qū)建立一張空閑表，存儲(chǔ)序號(hào)，第一空閑盤塊號(hào)和空閑盤塊數(shù)。適合于可變大小分區(qū)的連續(xù)分配

• 

  分配時(shí)，可以按照之前的分配算法進(jìn)行分配，如首次適應(yīng)算法，當(dāng)刪除文件釋放空間時(shí)，系統(tǒng)回收其存儲(chǔ)空間，合并相鄰空閑分區(qū)。

  實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，空閑分區(qū)分布較分散且數(shù)量較多時(shí)，空閑分區(qū)表很大需要較大的內(nèi)存空間，會(huì)降低空閑分區(qū)表的檢索速度

  浪費(fèi)存儲(chǔ)空間，不適合登記分散且數(shù)目很多的空閑分區(qū)，不利于基于存儲(chǔ)塊的鏈接文件和索引文件的存儲(chǔ)空間分配

• 空閑鏈表法

  • 空閑盤塊鏈：以盤塊為單位，將空閑的盤塊連接成一條鏈，當(dāng)創(chuàng)建文件時(shí)，從鏈表頭開始，依次摘下適當(dāng)?shù)臄?shù)目的空閑盤塊進(jìn)行分配，系統(tǒng)回收時(shí)，將回收的盤塊依次插入鏈表尾部

    • 優(yōu)點(diǎn)：用于分配和回收一個(gè)盤塊的過程非常簡(jiǎn)單

  • 空閑盤區(qū)鏈：以空閑盤區(qū)（可能包含多個(gè)連續(xù)空閑盤塊）為單位，將空閑盤區(qū)連接成一條鏈，分配時(shí)一般采用首次適用算法，在回收盤區(qū)時(shí)，同樣也要將回收區(qū)域相鄰接的空閑盤區(qū)相合并

  • 

  • 問題：一段時(shí)間后，可能空閑分區(qū)鏈表中太多小分區(qū)，文件分配的存儲(chǔ)空間太過分散，刪除回收需要很長(zhǎng)時(shí)間，若一個(gè)文件申請(qǐng)連續(xù)存儲(chǔ)空間，則需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間查找相鄰的空閑分區(qū)

  • 適合非連續(xù)存儲(chǔ)文件位示圖：利用0,1表示物理塊是否被使用，一般采用二維數(shù)組來存儲(chǔ)，在進(jìn)行盤塊分配時(shí)，書序掃

    描位示圖，從中找出一個(gè)或一組的空閑盤塊，進(jìn)行分配后更改位示圖中的值

• 位示圖：利用0,1表示物理塊是否被使用，一般采用二維數(shù)組來存儲(chǔ)，在進(jìn)行盤塊分配時(shí)，順序掃描位示圖，從中找出一個(gè)或一組的空閑盤塊，進(jìn)行分配后更改位示圖中的值

  • 
  • 盤塊的回收：
  • 將回收盤塊的盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為位示圖的行號(hào)和列好
    • i = (b-1)div n + 1，j = (b-1)mod n + 1
  • 修改位示圖 map[i,j] = 0
  • 優(yōu)點(diǎn)：
    • 很容易找到一個(gè)或一組連續(xù)的空閑分區(qū)
    • 占用空間小
  • 缺點(diǎn)：
    • 對(duì)于大硬盤難以將位示圖全部裝入內(nèi)存
    • 磁盤空間快用完，性能嚴(yán)重下降

• 成組鏈接法

  • 

  • 

  • 

  • 每一組的第一個(gè)盤塊用來記錄下一組的盤塊數(shù)量和盤塊號(hào)的信息，其余號(hào)對(duì)應(yīng)空閑塊；每一個(gè)用于記錄的磁盤塊都是記錄下一組的信息。

    

    分配201號(hào)盤塊

    

    把300的磁盤塊數(shù)據(jù)復(fù)制到超級(jí)塊中

    回收沒滿直接插

    

    回收滿了，新建一個(gè)區(qū)，先復(fù)制超級(jí)塊，再新建超級(jí)塊指向新回收的塊

    

    

文件目錄

• 文件目錄也是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中的文件及其物理地址，供檢索時(shí)使用

  • 對(duì)目錄管理的要求如下：
    • 實(shí)現(xiàn)按名存取
    • 提高對(duì)目錄的檢索速度
    • 文件共享
    • 允許文件重名

• **文件控制塊【FCB】：**用于描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

  • 從文件管理的角度來看，文件由文件體和FCB組成
  • 文件控制塊是操作系統(tǒng)為了管理文件而設(shè)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了文件的有關(guān)說明信息，記錄了系統(tǒng)對(duì)文件進(jìn)行管理所需要的全部信息
  • FCB是文件存在的標(biāo)志
  • FCB保存在文件目錄中，一個(gè)FCB就是一個(gè)目錄項(xiàng)
  • 內(nèi)容包含
    • 基本信息：文件名、文件類型等
      • 地址信息：卷【存儲(chǔ)文件的設(shè)備】、起始地址、文件長(zhǎng)度
    • 存取控制信息：文件存取權(quán)限
    • 使用信息：創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間、訪問時(shí)間

• 文件目錄：文件控制塊的有序集合

• 目錄項(xiàng)：構(gòu)成文件目錄的項(xiàng)目，就是FCB

• **目錄文件：**為了實(shí)現(xiàn)對(duì)文件目錄的管理，通常將文件目錄以文件的形式保存在外存，文件叫做目錄文件。

索引結(jié)點(diǎn)

• UNIX系統(tǒng)中，采用了把文件名和文件描述信息分開的方式，把文件描述信息單獨(dú)形成一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，叫索引結(jié)點(diǎn)
  • 為什么引入？
    • 在檢索目錄文件時(shí)，只用到了文件名，僅當(dāng)找到一個(gè)目錄項(xiàng)時(shí)，才需要從目錄項(xiàng)中讀取出該文件的物理地址，而其他一些對(duì)該文件進(jìn)行描述的信息在檢索目錄時(shí)一概不要，顯然在檢索目錄時(shí)這些信息不需要調(diào)入內(nèi)存

目錄結(jié)構(gòu)

• 單級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：所有用戶的全部文件目錄保存在一張目錄表中，每個(gè)文件的目錄項(xiàng)占用一個(gè)表項(xiàng)

  • 
  • 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了按名存取
  • 缺點(diǎn)
    • 查找速度慢
    • 不允許重名
    • 不便于實(shí)現(xiàn)文件共享

• 兩級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：分為主目錄和用戶目錄

  • 為每個(gè)用戶建立單獨(dú)的用戶文件目錄
  • 系統(tǒng)中為所有用戶建立一個(gè)主文件目錄
  • 
  • 優(yōu)點(diǎn)：
    • 一定程度解決了重名問題
    • 提高了文件目錄檢索效率
    • 簡(jiǎn)單的文件共享
  • 問題：不便用戶文件的邏輯分類

• 層次目錄結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在使用的多級(jí)目錄，主目錄稱為根目錄，數(shù)據(jù)文件稱為樹葉，其他的目錄稱為樹的結(jié)點(diǎn)

  • 

  • 路徑名：從樹的根目錄開始，把全部目錄文件名和數(shù)據(jù)文件名，依次用/連接起來，即構(gòu)成該數(shù)據(jù)文件的路徑名

    • 系統(tǒng)中每個(gè)文件都有唯一的路徑名

  • 當(dāng)前目錄：為每個(gè)進(jìn)程設(shè)置一個(gè)當(dāng)前目錄，又稱為工作目錄。進(jìn)程對(duì)各個(gè)文件的訪問都相對(duì)于當(dāng)前目錄進(jìn)行

  • 從當(dāng)前目錄到數(shù)據(jù)文件為止所構(gòu)成的路徑名稱為相對(duì)路徑名

  • 查詢速度更快，層次結(jié)構(gòu)更加清晰，能更有效地進(jìn)行文件的管理和保護(hù)

  • 

  • 

  • 

文件共享和訪問控制

文件共享的有效控制涉及兩方面

• 同時(shí)存取
• 存取權(quán)限

• 實(shí)現(xiàn)文件共享的實(shí)質(zhì)是可以從不同地方打開同一個(gè)文件
• 首要步驟是找到文件的目錄項(xiàng)進(jìn)而讀取文件在外存的起始地址

鏈接目錄項(xiàng)實(shí)現(xiàn)文件共享

即有向無環(huán)圖實(shí)現(xiàn)

利用索引結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)文件共享

• 文件物理地址及其它文件的屬性相關(guān)信息，不再是存放在目錄項(xiàng)中，而是放在索引結(jié)點(diǎn)中，在文件目錄中只設(shè)置文件名和指向相應(yīng)索引結(jié)點(diǎn)的指針
• 可以通過共享文件索引結(jié)點(diǎn)來共享文件。當(dāng)用戶需要共享文件時(shí)，新建目錄項(xiàng)將索引結(jié)點(diǎn)指針指向共享文件的索引結(jié)點(diǎn)

利用符號(hào)鏈共享

由系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)Link類型的新文件，新文件中只包含被創(chuàng)文件的路徑名

新文件中的路徑名，則只被看作是符號(hào)鏈。當(dāng)B要訪問被鏈接的文件F且正要讀LINK類新文件時(shí)，將被OS截獲， OS根據(jù)新文件中的路徑名去讀該文件，于是就實(shí)現(xiàn)了用戶B對(duì)文件F的共享。

• 只是文件主才擁有指向其索引結(jié)點(diǎn)的指針，而共享文件的其他用戶只有路徑名
  • 優(yōu)點(diǎn)：能連接任何機(jī)器上的文件
  • 缺點(diǎn)：備份可能產(chǎn)生多個(gè)拷貝

利用URL實(shí)現(xiàn)文件共享

總結(jié)

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-487310.html

到了這里，關(guān)于【湯4操作系統(tǒng)】深入掌握操作系統(tǒng)-文件管理篇的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！