第五章-文件管理系统

1、第五章第五章 文件管理系统文件管理系统2本章要点本章要点3问题问题5.1 文件系统概述文件系统概述5文件系统的功能文件系统的功能6交互式文件系统的基本服务交互式文件系统的基本服务7文件系统文件系统5.2 文件系统与数据库管理系文件系统与数据库管理系统统9文件系统文件系统vs.数据库管理系统数据库管理系统5.3 文件文件11文件文件12文件中的数据结构文件中的数据结构 -字段或域（字段或域（Field）13文件中的数据结构文件中的数据结构 -记录（记录（Record）14数据库（数据库（Database）15对记录的操作对记录的操作16对记录的操作（续）对记录的操作（续）17对记录的操作（续对记

2、录的操作（续2）18文件的类型文件的类型 -按文件的逻辑结构分类按文件的逻辑结构分类19文件的类型文件的类型 -按文件的物理组织结构分类按文件的物理组织结构分类20链接文件与索引文件链接文件与索引文件21文件的类型文件的类型 -按文件的保护级别分类按文件的保护级别分类22文件的类型（续）文件的类型（续） -按文件的保护级别分类按文件的保护级别分类23文件的类型文件的类型 -按文件的性质和用途级别分类按文件的性质和用途级别分类24文件的类型文件的类型 -按文件中的数据形式分类按文件中的数据形式分类25文件的类型文件的类型 -多媒体文件多媒体文件26对文件的操作对文件的操作27对文件的操作对文件的

3、操作 -打开文件（打开文件（Open file）28对文件的操作对文件的操作 -关闭文件（关闭文件（Close file）29对文件的操作对文件的操作 -建立文件（建立文件（Create file）30对文件的操作对文件的操作 -撤销文件（撤销文件（Destroy file）31对文件的操作对文件的操作 -复制文件（复制文件（Copy file）32对文件的操作对文件的操作 -改名文件（改名文件（Rename）33对文件的操作对文件的操作 -读操作（读操作（Read）34对文件的操作对文件的操作 -写操作（写操作（Write）35对文件的操作对文件的操作 -更新操作（更新操作（Update）3

4、6对文件的操作对文件的操作 -插入操作（插入操作（Insert）37对文件的操作对文件的操作 -删除操作（删除操作（Delete）5.4 文件目录文件目录39文件目录的内容文件目录的内容40FCB41目录内容的组织方式及分析目录内容的组织方式及分析42目录文件及操作目录文件及操作43目录结构目录结构44单级目录结构单级目录结构目录项1目录项2目录项3目录项4目录项nFile 1File 2File 3File n图5.1 单级目录结构45单级目录结构总结单级目录结构总结46两级目录结构两级目录结构User 1目录SystemUser 1User 2User 3主目录File 1File 2Fi

5、le 1File 2File 1File 2User 2目录图5.2 两级目录结构SystemUser 1User 2User 3主目录File 1File 2File 1File 2File 1File 2User 2目录User 1目录User 3目录47两级目录结构总结两级目录结构总结48层次目录结构层次目录结构 -树形目录树形目录图5.3 树形目录结构主目录子目录子目录子目录子目录子目录文件文件子目录文件49层次目录结构层次目录结构 -无循环图结构无循环图结构/rootdevuserliubinweitty01tty02 1pdktkkyp01mansrcsttmoonstar图5.4

6、 UNIX的无循环图目录结构 50文件路径文件路径5.5 文件的逻辑组织与访问文件的逻辑组织与访问52有结构文件与文件系统有结构文件与文件系统53type message=recordto : array of address;from: array of address;subject: array of line;cc: array of address;body: array of string;Procedure getRecord (void); Procedure putRecord (void); var msg: message; var msg: message;begin

7、beginmsg=allocae(sizeof(message); putAddress(msg.to);msg. to = getAddress (); putAddress(msg.form);msg. form = getAddress (); putAddress(msg.cc);msg. cc = getAddress (); putLine(msg.subject);mag. subject = getLine (); putString(msg.body);msg. body = getString(); end;return(msg); end.图5.5 一种电子邮件的格式定义

8、54有结构文件与文件系统总结有结构文件与文件系统总结55文件的组织一般原则文件的组织一般原则-有结构文件有结构文件56有结构文件有结构文件记录组织方式区别记录组织方式区别57堆文件（堆文件（pile）58堆文件示意图堆文件示意图时间1n图5.6 堆文件59堆文件总结堆文件总结60顺序文件（顺序文件（Sequential File）61顺序文件示意图顺序文件示意图关键字关键字图 5.7 顺序文件62顺序文件总结顺序文件总结63顺序文件总结（续）顺序文件总结（续）64索引顺序文件索引顺序文件（Indexed Sequential File）65索引顺序文件示意图索引顺序文件示意图索引表主文件图 5

9、.7 索引顺序文件66向索引顺序文件插入记录向索引顺序文件插入记录67多级索引多级索引68例：顺序文件例：顺序文件 vs. 一级索引一级索引69例：一级索引图示例：一级索引图示一级索引主文件100010000001000*1000=100000070顺序文件顺序文件 vs. 二级索引二级索引71例：二级索引图示例：二级索引图示二级索引表100关键字索引指针一级索引表主文件1000000关键字索引指针100100100100100图 5.9 二级索引顺序文件72索引文件（索引文件（Indexed File）73索引文件（续）索引文件（续）74索引文件示意图索引文件示意图主文件关键字索引指针索引表

10、图 5.10 索引文件75索引文件分类索引文件分类76索引文件总结索引文件总结77直接（哈希）文件直接（哈希）文件5.6 文件的物理组织文件的物理组织 -存储空间管理（外存）存储空间管理（外存）79文件存储空间分配的有关问题文件存储空间分配的有关问题80预分配与动态分配预分配与动态分配81预分配与动态分配（续）预分配与动态分配（续）82预分配与动态分配预分配与动态分配-总结总结83分区大小分区大小文件物理存储的单元文件物理存储的单元84确定分区大小的因素确定分区大小的因素85可变大小分区可变大小分区 vs. 固定小分区（一个固定小分区（一个数据块）数据块）-适合于预适合于预/动态分配动态分配8

11、6基于基于可变可变的分区的的分区的分配算法分配算法87文件存储空间的分配技术文件存储空间的分配技术 -文件在外存空间的组织和管理文件在外存空间的组织和管理88连续分配连续分配89连续分配示意图连续分配示意图0567818242930File 1File 2File 3File 4文件分配表图 5.11 连续分配90连续分配的连续分配的优点优点91连续分配的连续分配的问题问题92连续分配连续分配紧凑后紧凑后示意图示意图0567818242930File 1File 2File 3File 4文件分配表图 5.11 连续分配(紧凑之后)93链接分配链接分配-非连续分配非连续分配94链接分配示意图链

12、接分配示意图文件分配表图 5.11 l链接分配056781824293035File 1File 295链接分配链接分配优点优点96链接分配链接分配缺点缺点97链接分配链接分配-检索速度和占用额检索速度和占用额外空间的解决方案外空间的解决方案98链接分配链接分配-顺序访问解决方案顺序访问解决方案99链接分配数据块整理示意图链接分配数据块整理示意图056781824293035File 1File 2文件分配表图 5-14 链接分配（图 5-13 经过整理以后）100链接分配链接分配总结总结101索引分配索引分配非连续分配非连续分配102索引分区索引分区-基于大小固定分区基于大小固定分区0567

13、8182324293035File 1文件分配表310272915图 5-15 基于固定小（一个数据块）分区的索引分配103索引分配索引分配-基于固定基于固定/可变对比可变对比104索引分区索引分区-基于可变分区基于可变分区05678182324293035File 1文件分配表图 5-16 基于可变分区的索引分配105索引分配索引分配总结总结106索引分配索引分配优点优点107索引分配索引分配缺点缺点108空闲空间的管理空闲空间的管理109空闲分区表空闲分区表表 5.2 空闲分区表110空闲分区表空闲分区表使用过程使用过程111空闲分区表的空闲分区表的实现及问题实现及问题112空闲分区链表空

14、闲分区链表0154182247head图 5-17 空闲分区链表起始块号分区长度113空闲分区链表空闲分区链表优点优点114空闲分区链表空闲分区链表问题问题115空闲分区链表空闲分区链表问题（续）问题（续）116索引索引117空闲分区索引表空闲分区索引表0567811917182324293035File 1File 2File 3File 4表5.4 空闲分区索引表118位示图位示图011110000111111111001111000000011111图 5-17 位示图119位示图位示图实现过程实现过程120位示图的大小位示图的大小121位置图管理的位置图管理的问题问题122位置图管理问

15、题的位置图管理问题的解决方案解决方案5.7 逻辑文件与物理数据块之逻辑文件与物理数据块之间的转换间的转换124字节流字节流数据块之间的转换数据块之间的转换125字节流字节流数据块转换示意图数据块转换示意图b0b1b2b3bi文件指针无结构文件流块转换器物理数据块图 5.19a 字节流文件与数据块之间的转换接口操作系统提供126记录记录数据块之间的转换数据块之间的转换127记录记录数据块转换示意图数据块转换示意图有结构文件记录块转换器物理数据块图 5.19b 有结构文件与数据块之间的转换接口操作系统提供128字节流、记录与数据块转换字节流、记录与数据块转换总结总结129记录如何组成数据块记录如何

16、组成数据块 -数据块的大小数据块的大小130记录如何组成数据块记录如何组成数据块 -数据块的大小（续）数据块的大小（续）131如何将记录组织成数据块如何将记录组织成数据块 -记录如何存储到数据块记录如何存储到数据块132固定组块法（固定组块法（Fixed blocking）R1R2R3R4R5R6R7R8Ri记录硬件设计间隙内部碎片图 5-20a 固定组块法示意图133可变长跨块组块法可变长跨块组块法（Variable-length spanned blocking）R1R2R3 R4R5R7R7R9图 5-20b 可变长跨块组块法示意图R3R5R6R8Ri记录硬件设计间隙内部碎片134可变长

17、跨块组块法可变长跨块组块法问题问题135可变长可变长非非跨块组块法（跨块组块法（Variable-length unspanned blocking）R1R2R3R4R5R7R8Ri记录硬件设计间隙内部碎片图 5-20c 可变长非跨块组块法示意图R6136小结小结有结构文件与文件系统。堆文件、顺序文件、索引顺序文件、索引件、直接文件。分配方案：预分配、动态分配。分配技术：连续分配、链接分配、索引分配。空闲空间管理：空闲分区表、链表、索引、位示图。字节流、记录与数据块的转换：流-块，记录-块。记录组织成数据块：固定组块、可变长跨/非跨块。5.8 文件共享文件共享138文件共享的控制文件共享的控制

18、139控制同时存取控制同时存取140控制存取权限控制存取权限141控制存取权限（续）控制存取权限（续）142控制存取权限（续控制存取权限（续2）143控制存取权限控制存取权限注意注意144文件共享的实现文件共享的实现145利用利用链接目录项链接目录项实现文件共享实现文件共享146链接目录项实现共享示意图链接目录项实现共享示意图BOOTABCA1A2A3B1C1C2C3C31图 5-21 链接目录项实现文件共享147基本文件目录实现文件共享基本文件目录实现文件共享148基于基于BFD实现文件共享示意图实现文件共享示意图基本文件目录ID物理位置空文件目录FFDUSER1的SFD主文件目录MFDUS

19、ER2的SFDF1F1/H1H2图5-22 利用基本文件目录实现文件共享系统赋予系统赋予149利用索引节点实现文件共享利用索引节点实现文件共享150索引节点实现文件共享示意图索引节点实现文件共享示意图文件名 索引指针I节点I节点User1 文件目录文件名 索引指针I节点I节点User2 文件目录Count物理地址.文件共享索引节点图 5-23 利用索引节点实现文件共享索引节点151利用利用URL实现文件共享实现文件共享152例：利用例：利用URL实现文件共享实现文件共享HTTP(Hyper Text Transfer Protocol):超文本传输协议-是WWW的服务文件访问协议。是WWW的服

20、务器域名。该主机templates/indes2k3文件目录下有超文本文件index.html。153利用利用URL共享文件实现方法共享文件实现方法154利用利用URL共享文件实现（续）共享文件实现（续）5.9 文件保护与安全文件保护与安全156文件保护文件保护157文件保护（续）文件保护（续）158文件保护（续文件保护（续2）159安全性管理安全性管理160系统级安全管理系统级安全管理161系统级安全管理（续）系统级安全管理（续）162系统级安全管理（续系统级安全管理（续2）163用户级管理：用户级管理：用户分类用户分类164用户级管理：用户级管理：文件访问权限文件访问权限165目录级安全管

21、理目录级安全管理166目录级安全管理（续）目录级安全管理（续）167文件级安全管理文件级安全管理执行：只允许用户执行文件，主要是.exe和.com文件。隐含：指定隐含文件。索引：指定索引文件。修改：表示文件自上次备份以来是否修改过。只读：只允许用户读的文件。读/写：允许用户读、写的文件。共享：指定文件可被多用户（进程）共享。系统：指定系统文件。168文件级安全管理（续）文件级安全管理（续）5.10 文件系统的可靠性文件系统的可靠性170保护文件系统的方法保护文件系统的方法171系统备份系统备份172双硬盘数据备份系统示意图双硬盘数据备份系统示意图数据区备份区数据区备份区硬盘0硬盘1图5-25

22、双硬盘互为后备系统173双硬盘数据备份双硬盘数据备份方案方案174文件系统数据的一致性文件系统数据的一致性175例：文件系统数据一致性例：文件系统数据一致性176解决方案：解决方案：用户用户A的文件数据不一致的文件数据不一致177文件系统的一致性检查文件系统的一致性检查1.磁盘块的一致性检查2.文件的一致性检查178磁盘块的一致性检查磁盘块的一致性检查179磁盘块一致性检查的磁盘块一致性检查的实现实现180磁盘块一致性检查的磁盘块一致性检查的实现实现（续）（续）181例：例：数据一致数据一致磁盘块号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15数据块空闲块1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0图5-26 （a） 文件系统数据一致性检查（正常情况）182例：例：数据不一致数据不一致磁盘块号0 1