第六章 文件管理

1、第六章第六章 文件管理文件管理6.1 6.1 文件和文件系统文件和文件系统 6.2 6.2 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 6.3 6.3 外存分配方式外存分配方式 6.4 6.4 目录管理目录管理 6.5 6.5 文件存储空间的管理文件存储空间的管理 6.6 6.6 文件共享与文件保护文件共享与文件保护 6.7 6.7 数据一致性控制数据一致性控制 教学目的与要求教学目的与要求 理解文件和文件系统的概念理解文件和文件系统的概念 掌握文件的逻辑结构和物理组织掌握文件的逻辑结构和物理组织 掌握文件存储空间的管理、目录管理掌握文件存储空间的管理、目录管理 掌握文件的共享和保护掌握文件的共享和保护教学

2、重点教学重点：逻辑结构和物理组织、文件存储空间逻辑结构和物理组织、文件存储空间的管理、目录管理、文件的共享和保护的管理、目录管理、文件的共享和保护教学难点教学难点：逻辑结构和物理组织，成组链接法逻辑结构和物理组织，成组链接法6.16.1文件和文件系统文件和文件系统 数据项数据项 基本数据项：可命名的最小逻辑单位基本数据项：可命名的最小逻辑单位/ /字段字段 组合数据项：由若干基本数据项组成组合数据项：由若干基本数据项组成 基本数据项的类型和数据基本数据项的类型和数据 记录记录 一组相关数据项的集合一组相关数据项的集合 关键字：能唯一地标识出记录的基本关键字：能唯一地标识出记录的基本/ /组合数

3、据组合数据项项 文件文件 具有文件名的一组相关信息的集合。具有文件名的一组相关信息的集合。文件属性文件属性 文件类型文件类型 文件长度文件长度 文件物理位置文件物理位置 文件建立时间文件建立时间 图 6-1 文件、 记录和数据项之间的层次关系 6.1.2 6.1.2 文件类型和文件系统模型文件类型和文件系统模型 6.1.2 6.1.2 文件类型和文件系统模型文件类型和文件系统模型 文件系统模型文件系统模型 一、管理的对象及属性一、管理的对象及属性（1 1）文件）文件（2 2）目录：例：目录项）目录：例：目录项 用于方便用户（提供文件逻用于方便用户（提供文件逻辑名来访问文件）和提高文辑名来访问文

4、件）和提高文件存取速度。件存取速度。（3 3）物理存贮空间的管理，好坏）物理存贮空间的管理，好坏将影响访问速度。将影响访问速度。图 6-2 文件系统模型 用户接口用户接口接受用户发来的文件系统调用，进行必要的语法接受用户发来的文件系统调用，进行必要的语法检查，根据用户对文件的存取要求，转换成统一格式的内检查，根据用户对文件的存取要求，转换成统一格式的内部系统调用，并进入符号文件系统。部系统调用，并进入符号文件系统。 符号文件系统符号文件系统根据文件名或文件路径名，建立或搜索文件根据文件名或文件路径名，建立或搜索文件目录，获得文件内部唯一标识来代替这个文件，供后面存目录，获得文件内部唯一标识来代

5、替这个文件，供后面存取操作使用。取操作使用。 基本文件系统基本文件系统根据文件内部标识负责把文件说明信息调入根据文件内部标识负责把文件说明信息调入到内存的活动文件表中，这样查找同一表目就不用反复读到内存的活动文件表中，这样查找同一表目就不用反复读盘了。如文件已经打开，则根据本次存取要求修改活动文盘了。如文件已经打开，则根据本次存取要求修改活动文件表内容，并把控制传到下一层。件表内容，并把控制传到下一层。 存取控制验证存取控制验证根据活动文件表相应目录项识别调用者的身根据活动文件表相应目录项识别调用者的身份，验证存取权限，判定本次文件操作的合法性，实现文份，验证存取权限，判定本次文件操作的合法性

6、，实现文件的存取、共享、保护和保密。如不允许本次访问便发出件的存取、共享、保护和保密。如不允许本次访问便发出一个错误条件，本次文件操作请求失败。一个错误条件，本次文件操作请求失败。 逻辑文件系统逻辑文件系统根据文件说明中的文件结构和存取方法等逻根据文件说明中的文件结构和存取方法等逻辑结构信息，把指定的逻辑记录地址转换成相应相对的块辑结构信息，把指定的逻辑记录地址转换成相应相对的块地址。对于流式文件，只要把用户指定的逻辑地址按块长地址。对于流式文件，只要把用户指定的逻辑地址按块长计算出相对块号；对记录式文件，先把记录号转换成逻辑计算出相对块号；对记录式文件，先把记录号转换成逻辑地址，再把其转换成

7、相对块号。地址，再把其转换成相对块号。 物理文件系统物理文件系统根据活动文件表相应目录项中的物理结构信根据活动文件表相应目录项中的物理结构信息，将相对块号及块内相对地址转换为文件存储器的物理息，将相对块号及块内相对地址转换为文件存储器的物理块号和块内地址。块号和块内地址。 设备和分配策略模块设备和分配策略模块负责文件存储空间的分配，若为写操负责文件存储空间的分配，若为写操作，则动态地为调用者申请物理块；实现缓冲区信息管理。作，则动态地为调用者申请物理块；实现缓冲区信息管理。根据物理块号生成根据物理块号生成I/O I/O 控制系统的地址格式。控制系统的地址格式。 I/O I/O 控制系统控制系统

8、具体执行具体执行I/O I/O 操作，实现文件信息的存取。操作，实现文件信息的存取。这一层属于设备管理功能。这一层属于设备管理功能。文件系统模型文件系统模型 6.1.3 6.1.3 文件操作文件操作6.2 6.2 文件逻辑结构文件逻辑结构 6.2.1 6.2.1 逻辑结构类型逻辑结构类型 6.2.2 6.2.2 顺序文件顺序文件图 6-3 定长和变长记录文件 6.2.2 6.2.2 顺序文件顺序文件6.2.3 6.2.3 索引文件索引文件索引号0长度 m指针 ptrm01m1imi索引表R0R1Ri逻辑文件图图 6-4 索引文件的组织索引文件的组织 6.2.4 6.2.4 索引顺序文件索引顺序

9、文件键An QiBao RongChen Lin逻辑地址姓 名An QiAn Kang其它属性Bao Rong逻辑文件图 6-5 索引顺序文件 6.2.5 6.2.5 直接文件和哈希文件直接文件和哈希文件图 6-6 Hash文件的逻辑结构6.36.3外存分配方法（文件物理组织）外存分配方法（文件物理组织） 6.3.1 6.3.1 连续分配（磁带，磁盘都可采用）（顺序文件）连续分配（磁带，磁盘都可采用）（顺序文件） 图 6-7 磁盘空间的连续分配 6.3.2 6.3.2 链接分配（串连文件链接分配（串连文件/ /链接文件）链接文件）链式分配链式分配图 6-8 磁盘空间的链接式分配 2512305

10、6749101181314151217181916212223202526272429303128filestartendjeep925目录101-1166.3.2 6.3.2 链接分配（串连文件链接分配（串连文件/ /链接文件）链接文件）图 6-9 显式链接结构 012345物理块号2FCBFAT04516EOF11105EOF0123456789FATFCB A4FCB B9图 6-10 MS-DOS的文件物理结构DOS磁盘盘区划分表磁盘盘区划分表区名区名内容内容 软盘软盘 占扇区数占扇区数 扇区号扇区号保留区保留区引导记录与磁引导记录与磁盘参数表盘参数表 1 1 0 0控制区控制区FAT

11、1FAT1文件分配文件分配表表 2 2 1 12 2FAT2FAT2 2 2 3 34 4FDTFDT文件目录文件目录表表 7 7 5 51111文件区文件区 文件内容文件内容 余下部分余下部分 12 12DOSDOS磁盘访问操作流程磁盘访问操作流程例例3 36.3.3 6.3.3 索引分配（索引文件）索引分配（索引文件） 图 6-11 索引分配方式 123056749101181314151217181916212223202526272429303128countfile块序号jeep19目录91611025111196.3.3 6.3.3 索引分配（索引文件）索引分配（索引文件）图 6-

12、12 两级索引分配例例4 4 请分别解释在请分别解释在连续分配方式连续分配方式、隐式链接分配方式隐式链接分配方式、显示链显示链接分配方式接分配方式和和索引分配方式索引分配方式中如何将文件的字节偏移量中如何将文件的字节偏移量35003500转换为物理块号和块内偏移量（设盘块大小为转换为物理块号和块内偏移量（设盘块大小为1KB1KB，盘块号需，盘块号需占占4 4个字节）。个字节）。 解：解：3500/10243500/1024得商为得商为3 3，余数为，余数为428428，则，则逻辑块号逻辑块号为为3 3，块内块内偏移量偏移量为为428428。（1 1）在连续分配中，可从相应文件的）在连续分配中，

13、可从相应文件的FCBFCB中得到起始物理盘块中得到起始物理盘块号，例如号，例如a0a0，则所求的物理盘块号为，则所求的物理盘块号为a0+3a0+3，块内偏移量为，块内偏移量为428428（2 2）在隐式链接分配中，由于每块需留）在隐式链接分配中，由于每块需留4 4个字节存放下一个盘个字节存放下一个盘块号，因此块号，因此逻辑块号逻辑块号为为3500/3500/10201020的商的商3 3，块内偏移为，块内偏移为440440。从。从FCBFCB中可得该文件的首个（即第中可得该文件的首个（即第0 0个）盘块的块号，如个）盘块的块号，如b0b0；然；然后可从后可从b0b0块得到第块得到第1 1个盘块

14、号，如个盘块号，如b1b1；再从；再从b1b1得到第得到第2 2个盘块个盘块号，如号，如b2b2；从；从b2b2得到第得到第3 3个盘块号，如个盘块号，如b3b3；如此可得所求；如此可得所求物理物理盘块盘块号号b3b3，块内偏移量为，块内偏移量为440440。解：解： （3 3）在）在显式链接分配显式链接分配中，从中，从FCBFCB中可得该文件的首个（即第中可得该文件的首个（即第0 0个）盘块的块号，如个）盘块的块号，如c0c0；然后从；然后从FATFAT的第的第c0c0项中得到分配给项中得到分配给文件的第文件的第1 1个盘块的块号，如个盘块的块号，如c1c1；再从；再从FATFAT的第的第c

15、1c1项中得到分项中得到分配给文件的第配给文件的第2 2个盘块的块号，如个盘块的块号，如c2c2；从；从FATFAT的第的第c2c2项中得到项中得到分配给文件的第分配给文件的第3 3个盘块的块号，如个盘块的块号，如c3c3；如此可得所求；如此可得所求物理物理盘块号盘块号c3c3，块内偏移量为，块内偏移量为428428。 （4 4）在）在索引分配索引分配中，可从文件的中，可从文件的FCBFCB中得该文件的中得该文件的索引块索引块的的地址；再从索引块的第地址；再从索引块的第3 3项（距离索引块首字节项（距离索引块首字节1212字节的位字节的位置）可获得字节偏移量置）可获得字节偏移量35003500

16、对应的物理块号，而块内偏移为对应的物理块号，而块内偏移为428428。6.3.3 6.3.3 索引分配（索引文件）索引分配（索引文件）modeowners (2)time stamps (3)sizeblock counti.addr (0)i.addr (1)direct blockssingle indirectdouble indirecttriple indirectdatadatadatadatadatadatadatadatadatadata直接地址、一级、二级和多级索引合直接地址、一级、二级和多级索引合用用索引节点：索引节点：13个地址项个地址项图 6-13 混合索引方式 6.4

17、6.4目录管理目录管理 Directory Structure A collection of nodes containing information about all files.F 1F 2F 3F 4F nDirectoryFilesBoth the directory structure and the files reside on disk.A Typical File-system Organization6.4.1 6.4.1 文件控制块和索引结点文件控制块和索引结点 1 1、文件控制块、文件控制块FCBFCB文件名文件名扩展名扩展名属性属性备用备用时间时间日期日期第一第一

18、块号块号盘块数盘块数图6-14 MS-DOS的文件控制块文件名文件名索引节点编号索引节点编号文件名文件名1文件名文件名2图 6-15 UNIX的文件目录 6.4.26.4.2目录结构目录结构文件名文件名物理地址物理地址文件说明文件说明状态位状态位文件名文件名1文件名文件名2图 6-16 单级目录 目录项例6.4.26.4.2目录结构目录结构 图 6-17 两级目录结构 用户名WangZhangGao指向子目录指针Wang用户目录AlphaTestAlphaTestReportTestZhang用户目录ReportTestGao用户目录BetaDeviceMisxBetaDeviceMisx6.

19、4.26.4.2目录结构目录结构图图6.186.18） 特点：特点： 能有效地提高对目录的检索速度能有效地提高对目录的检索速度 允许文件重名允许文件重名 便于实现文件共享便于实现文件共享（1 1）目录结构：）目录结构： 一目录文件中的目录项可为：目录文件（节点）、数据文件（树叶）一目录文件中的目录项可为：目录文件（节点）、数据文件（树叶）（2 2）路径名路径名：（3 3）当前目录）当前目录/ /工作目录。工作目录。例例：在：在UNIXUNIX系统中，如果当前路径为系统中，如果当前路径为/usr/wang/usr/wang，相对路径为，相对路径为./last,./last,那么文件的绝对路径为什

20、么？那么文件的绝对路径为什么？4 4、增、增/ /删除（可删除（可/ /不可删除非空目录）不可删除非空目录）图 6-18 多级目录结构 ABCFED13ABD2GA4AC5671011JNK12JMK13AHF141516b1718192021a896.56.5目录查询技术目录查询技术1 1、线性检索法、线性检索法 图 6-19 查找/usr/ast/mbox的步骤 2. Hash2. Hash方法方法 一种处理此一种处理此“冲突冲突”的有效规则是：的有效规则是： (1) (1) 在利用在利用HashHash法索引查找目录时，如果目录表中相法索引查找目录时，如果目录表中相应的目录项是空的，则表

21、示系统中并无指定文件。应的目录项是空的，则表示系统中并无指定文件。 (2) (2) 如果目录项中的文件名与指定文件名相匹配，如果目录项中的文件名与指定文件名相匹配， 则表示该目录项正是所要寻找的文件所对应的目录项，故而则表示该目录项正是所要寻找的文件所对应的目录项，故而可从中找到该文件所在的物理地址。可从中找到该文件所在的物理地址。 (3) (3) 如果在目录表的相应目录项中的文件名与指定如果在目录表的相应目录项中的文件名与指定文件名并不匹配，则表示发生了文件名并不匹配，则表示发生了“冲突冲突”，此时须将其，此时须将其HashHash值再加上一个常数值再加上一个常数( (该常数应与目录的长度值

22、互质该常数应与目录的长度值互质) )，形成新，形成新的索引值的索引值， 再返回到第一步重新开始查找。再返回到第一步重新开始查找。 6.5 6.5 文件存储空间管理文件存储空间管理 1.1.空闲表法：空闲表法：序号第一空闲盘块号空闲盘块数12429331554图 6-20 空闲盘块表 2.2.空闲链表法空闲链表法6.5 6.5 文件存储空间管理文件存储空间管理 6.5 6.5 文件存储空间管理文件存储空间管理 6.5.2 6.5.2 位示图法（可采用连续或离散分配）位示图法（可采用连续或离散分配）图 6-21 位示图 例例5 5有一个计算机系统利用下图所示的位示图（行号、列号都从0开始编号）来管

23、理空闲盘块。如果盘块从1开始编号，每个盘块的大小为1KB。 （1）现要从文件分配两盘块，试具体说明分配过程。 （2）若要释放磁盘的第300块，应如何处理？解（1）分配过程 线形检索得：i1=2，j1=2； i2=3，j2=6。 计算空闲盘块号： b1=i116+j1+1=216+2+1=35 b2=i216+j2+1=316+6+1=55 修改位示图： 令map2，2=map3，6=1，并将对应块35，55分配出去。解（2）释放过程 计算出第300块所对应的二进制行号i和j i=（300-1）/16=18 j= （300-1）% 16=11 修改位示图： 令map18，11=0。6.5 6.5

24、 文件存储空间管理文件存储空间管理 6.5.3 6.5.3 成组链接法（成组链接法（UNIXUNIX）1004003993013001003002992022012991004003992013019907999790179007899780179997901空闲盘块号栈S.free019899图 6-22 空闲盘块的成组链接法 1.例例:某个系统采用成组链接法来管理磁盘空闲空间，目前磁盘的状态如某个系统采用成组链接法来管理磁盘空闲空间，目前磁盘的状态如下图示：下图示：该磁盘中目前还有多少个空闲盘块，请简述磁盘块的分配过程该磁盘中目前还有多少个空闲盘块，请简述磁盘块的分配过程在为某个文件分配在

25、为某个文件分配3个盘块后，系统要删除另一个文件，并回收它所个盘块后，系统要删除另一个文件，并回收它所占的占的5个盘块，它们的盘块号依次为个盘块，它们的盘块号依次为700，711，703，788，701，请，请画出回收后的盘块链接情况。画出回收后的盘块链接情况。解：（解：（3）删除文件，回收五个盘块后：）删除文件，回收五个盘块后：AABBBBBCCCCC根目录?CCC图 6-23 包含有共享文件的文件系统 6.66.6文件共享与保护文件共享与保护图 6-23 )图 6-24 ) 图 6-25 )6.6.1 6.6.1 基于索引结点的共享方式基于索引结点的共享方式图 6-24 基于索引结点的共享方式 Wang用户文件目录Test rLee用户文件目录Test rcount2文件物理地址索引结点Test图 6-25 进程B链接前后的情况 C的目录ownerccount1链接前C的目录ownerccount2建立链接后B的目录B的目录ownerccount1拥有者删除文件后6.66.6文件共享与保护文件共享与保护6.6.2 6.6.2 利用利用“符号链符号链”实现