操作系统第七八章

[if !supportLists]1、[endif]文件管理：把所管理的程序和数据组织成一系列的文件，并能进行合理的存储、使用等操作

1 ）基本概念

[if !supportLists]u [endif]数据项：描述对象某种属性的字符集；是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位。

[if !supportLists]u [endif]记录：一组相关数据项集合，描述对象某方面的属性；

[if !supportLists]u [endif]关键字：一个记录中的一个或几个数据项的集合，用于唯一的标识一个记录。

[if !supportLists]u [endif]文件：由创建者定义的、具有文件名的一组相关元素的集合。

[if !supportLists]u [endif]无结构：字符流的形式有结构：由相关记录组成

[if !supportLists]u [endif]属性：类型、长度、物理位置、创建时间

2 ）文件类型

不同的系统对文件的管理方式不同

3）文件系统模型

[if !vml]

[endif]

4）文件操作

[if !supportLists]u [endif]创建/删除文件

[if !supportLists]u [endif]读、写

[if !supportLists]u [endif]设置文件读写位置，实现随机存取（尤其适用于记录文件）

“打开”与“关闭”

其他操作：改名、改所属用户、改访问权限等属性的操作

[if !supportLists]2、 [endif]文件的逻辑结构

[if !supportLists]1） [endif]文件逻辑结构的类型

有结构文件（记录式）

①定长记录

②变长记录

如何组织记录：

顺序文件。系统需按该类型记录“长度”，通常定长。

索引文件。系统需为文件建立索引表。

索引顺序文件。建索引表，记录每组记录的第一个记录位置

无结构文件（字符流式）

[if !supportLists]p  [endif]字节为单位，利用读写指针依次访问。

[if !supportLists]p  [endif]系统对该类文件不需格式处理。

[if !supportLists]①  [endif]顺序文件

两种记录排列方式

[if !supportLists]a)      [endif]串结构：按记录形成的时间顺序串行排序。记录顺序与关键字无关；

[if !supportLists]b)      [endif]顺序结构：按关键字排序。

检索方法：

[if !supportLists]c)      [endif]从头检索，顺序查找要找的记录，定长的计算相对快。

[if !supportLists]d)      [endif]顺序结构，可用折半查找、插值查找、跳步查找等算法提高效率

顺序结构记录按关键字排序，可按关键字检索

定长：结合折半查找算法等提高检索速度

变长：从第1个记录开始顺序扫描，直到扫描到要检索的关键字标识的记录

顺序文件的优缺点：

[if !supportLists]p [endif]不方便随机存取某条记录，但适用批量存取的场合。

[if !supportLists]p [endif]适合磁带等特殊介质。

单记录的查找、修改等交互性差；增减不方便（改进办法：把增删改的记录登记在一个事务文件中，在某段时间间隔后再与原文件合并更新）

[if !supportLists]②  [endif]索引文件

为了方便单个记录的随机存取，为文件建立一个索引表，记录每项记录在文件的逻辑地址及记录长度；该索引表按关键字排序

[if !supportLists]u  [endif]索引表内容：索引号、长度、记录地址指针

[if !supportLists]u  [endif]检索效率

[if !supportLists]p [endif]索引表本身即是个按记录键排序的定长顺序文件，所以能利用算法提高索引表检索速度

[if !supportLists]u  [endif]一个索引文件可以有多个索引表

[if !supportLists]u  [endif]索引文件的优缺点

[if !supportLists]p [endif]适用于变长记录，可提高检索速度，实现直接存取

[if !supportLists]p [endif]索引表增加了存储开销

 

[if !supportLists]③  [endif]索引顺序文件

*既要方便，又要降低开销

*本方式是最常见的一种逻辑文件形式。

[if !supportLists]a)      [endif]将顺序文件的所有记录分组

[if !supportLists]b)      [endif]还是建立索引表，但每个表项记录的是每组第1条记录的键值和地址。

[if !supportLists]c)      [endif]组内记录仍按顺序方式检索和使用。

*检索一条记录的过程：

[if !supportLists]d)      [endif]先计算记录是在第几组，然后再检索索引确定组在哪里后，在组内顺序查找。

*可利用多级索引，进一步提高检索效率

④直接文件

[if !supportLists]u [endif]给定键值（如学号）不需顺序检索直接得到记录的物理地址

 

[if !supportLists]2） [endif] 

[if !supportLists]3、 [endif]外存分配方式

*目标：有效利用外存空间，提高文件访问速度

1）连续分配

[if !supportLists]u [endif]为每一个文件分配一组相邻的盘块。

[if !supportLists]u [endif]逻辑文件中的记录顺序与存储器中文件占用盘块的顺序一致。

[if !supportLists]l  [endif]优点：顺序访问容易，读写速度快

[if !supportLists]l  [endif]缺点：

[if !supportLists]l  [endif]会产生外存碎片。可紧凑法弥补，但需要额外的空间，和内存紧凑相比更花时间。

[if !supportLists]l  [endif]创建文件时要给出文件大小；存储空间利用率不高，不利于文件的动态增加和修改；

[if !supportLists]l  [endif]适用于变化不大顺序访问的文件，在流行的UNIX系统中仍保留了连续文件结构。如对换区

[if !supportLists]2） [endif]链接分配

*可以为每一个文件分配一组不相邻的盘块。

*设置链接指针，将同属于一个文件的多个离散盘块链接成一个链表，这样形成的文件称为链接文件。会有链接成本

优点：

离散分配，消除外部碎片，提高利用率

同时适用于文件的动态增长；修改容易

*隐式链接：文件空间信息的目录项中没有链接数据，链接信息隐含记录在盘块数据中，每个盘块拿出若干字节，记录指向下一盘块号的指针

*显式链接：记录盘块链接的指针显示地记录为一张链接表

所有已分配的盘块号都记录在其中，称文件分配表

为了提高文件系统访问速度，FAT一般常驻内存

 

[if !supportLists]3） [endif]索引分配

[if !supportLists]u   [endif]链接的不足

[if !supportLists]p [endif]顺序检索的时间成本：不能支持高效的盘块直接存取。要对一个文件进行直接存取，仍需在FAT中顺序的查找许多盘块号。

[if !supportLists]p [endif]链接信息的空间成本：FAT需占用较大的内存空间。当磁盘容量较大时，FAT可能要占用数MB以上的内存空间。这是令人难以忍受的

[if !supportLists]u   [endif]改进：

系统运行时只涉及部分文件，FAT表无需全部调入内存

[if !supportLists]p [endif]每个文件单独建索引表（物理盘块索引），记录所有分配给它的盘块号；

[if !supportLists]p [endif]建立文件时，便分配一定的外存空间用于存放文件盘块索引表信息；

[if !supportLists]①  [endif]单级索引分配

索引形式适合大文件

中、小型文件，只需若干链接即可。若用索引分配方式，用一个盘块存放少量索引信息反而不适用。

[if !supportLists]②  [endif]多级索引

若文件较大，存放索引表也需要多个盘块（索引盘块）。

索引盘块亦需要按顺序管理起来

[if !supportLists]a)        [endif]若索引盘块数量较少用指针链接的方式即可；

[if !supportLists]b)        [endif]若索引盘块较多，需对索引盘块也采用索引方式管理，形成多级索引。

[if !supportLists]③  [endif]混合组织索引

[if !supportLists]4、 [endif]存储空间的管理

为实现存储空间分配，系统需要：

*记住空闲存储空间使用情况；为空间设置相应的数据结构；

*提供对存储空间分配、回收的操作手段

1）空闲表法和空闲链表法

[if !supportLists]u [endif]空闲表法

[if !supportLists]p  [endif]常用于连续分配管理方式

[if !supportLists]u [endif]空闲链表法

将所有空闲盘区拉成一条空闲链

[if !supportLists]①  [endif]数据结构：链

                  根据构成链所用基本元素的不同，可把链表分成两种形式：

[if !supportLists]o  [endif]空闲盘块链

分配回收简单。链表长，大量分配时需要操作的指针多

[if !supportLists]o  [endif]空闲盘区链

链表长度不定，分配时操作的指针数量相对较少，但分配回收操作相对复杂

2）位示图法——位示图

3）成组链接法

[if !supportLists]5、 [endif]目录管理

[if !supportLists]a)      [endif]基本信息记录(FCB,目录项)

[if !supportLists]b)      [endif]方便检索、管理（目录操作）

*目录管理的要求如下：

[if !supportLists]c)       [endif]实现“按名存取”；（最基本功能）

[if !supportLists]d)      [endif]提高对目录的检索速度；

[if !supportLists]e)      [endif]文件共享；

[if !supportLists]f)       [endif]允许文件重名

文件控制块—FCB：用于描述和控制文件的数据结构

*文件与文件控制块一一对应

*记录文件名及其存放地址、文件的说明和控制信息

*文件管理程序借助于文件控制块中的信息对文件施以各种操作

把文件控制块的有序集合称为文件目录，即一个文件控制块就是一个目录项。通常一个文件目录也被看作是一个文件，称为目录文件

[if !supportLists]1） [endif]FCB内容

[if !supportLists]u  [endif]在文件控制块中，通常含有以下三类信息。

[if !supportLists]1.          [endif]基本信息类

[if !supportLists]o [endif]包括文件名，文件物理位置，文件逻辑结构，文件的物理结构。

[if !supportLists]2.          [endif]存取控制信息类

[if !supportLists]o [endif]包括文件主的存取权限，核准用户的存取权限和一般用户的存取权限。

[if !supportLists]3.          [endif]使用信息类

[if !supportLists]o [endif]建立日期和时间、文件上次修改的日期和时间

[if !supportLists]o [endif]当前使用信息：打开该文件的进程数、是否被进程锁住、是否已修改等。

 

[if !supportLists]2） [endif]索引结点

索引结点由外存到内存的过程中有不同的形式：

[if !supportLists]u  [endif]磁盘索引结点

[if !supportLists]p [endif]存放在磁盘上的索引结点。

[if !supportLists]u  [endif]内存索引结点

文件被打开后，将磁盘索引结点拷贝到内存索引结点中以便使用

 

[if !supportLists]3） [endif]目录结构

目录结构的组织，关系到文件系统的存取速度，也关系到文件的共享性和安全性。

组织好文件的目录，是设计好文件系统的重要环节

[if !supportLists]①  [endif]单级目录结构

[if !supportLists]u  [endif]最简单的目录结构。

[if !supportLists]u  [endif]整个文件系统中只建立一张目录表，每个文件一个目录项，含有文件相关信息。

每建立一个新文件：

[if !supportLists]p [endif]先检索所有的目录项，保证文件名唯一。

[if !supportLists]p [endif]获得一空白目录项，填入相关信息，修改状态位（表明每个目录项是否空闲）。

删除一个文件：

[if !supportLists]p [endif]找到对应目录项，回收文件所占用空间

[if !supportLists]p [endif]清除目录项

[if !supportLists]p  [endif]优点：简单、能实现目录管理的基本功能——按名存取。

[if !supportLists]p  [endif]缺点：

[if !supportLists]p [endif]文件检索时需搜遍整个目录文件，范围大速度慢。

[if !supportLists]p [endif]不允许重名。名字过多难于记忆，对于多用户环境重名难以避免。

不便于实现文件共享（因为不能重名，不同用户使用的共享文件必须不同名字，标识哪些用户共享文件也不方便），一般只适用单机环境

[if !supportLists]②  [endif]两级目录结构

为每一个用户建立一个单独的用户文件目录UFD，UFD由用户所有文件的文件控制块组成。

系统建立一个主文件目录MFD， MFD中每个用户目录文件都占有一个目录项，其中包括用户名和指向UFD的指针

[if !supportLists]u [endif]基本克服了单级目录的缺点，并具有以下优点：

[if !supportLists]1.     [endif]提高了检索目录的速度。

[if !supportLists]2.     [endif]在不同的目录中可重名。

[if !supportLists]3.     [endif]不同用户还可以使用相同/不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。

不提供子目录操作，还不方便；各用户之间被完全隔离的话用户访问其他用户文件时，不方便合作

 

[if !supportLists]③  [endif]多级目录结构

适用于较大的文件系统管理。又称为树状目录

[if !supportLists]4） [endif]目录查询技术

*线性检索法:

[if !supportLists]u  [endif]又称为顺序检索法。

[if !supportLists]u  [endif]单级目录中

[if !supportLists]p [endif]用户提供文件名，顺序查找文件目录。

[if !supportLists]u  [endif]树型目录中

[if !supportLists]p [endif]用户提供路径名，如/user/ast/mbox

对多级目录进行逐层查找

*Hash方法

[if !supportLists]5） [endif] 

[if !supportLists]6、 [endif] 

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