操作系统第6章文件管理

1、1第六章第六章 文件管理文件管理2本节课的主要内容本节课的主要内容n1 1 文件管理概述文件管理概述n2 2 文件和文件系统文件和文件系统n3 3 文件结构文件结构n4 4 文件实现文件实现n5 5 文件目录文件目录31 1 文件管理概述文件管理概述n所有的计算机应用程序都要：所有的计算机应用程序都要： 存储信息，检索信息存储信息，检索信息n三个基本要求：三个基本要求： 能够存储大量的信息能够存储大量的信息 长期保存信息长期保存信息 可以共享信息可以共享信息41 1 文件管理概述文件管理概述n解决方法解决方法：把信息以一种单元，即以：把信息以一种单元，即以文件文件的形式存储在的形式存储在磁盘磁

2、盘或其他或其他外部介质外部介质上。上。n文件是通过文件是通过操作系统操作系统来管理的，包括：来管理的，包括： 文件的结构，命名，存取，使用，保护和文件的结构，命名，存取，使用，保护和实现方法实现方法51 1 文件管理概述文件管理概述n用户观点：用户观点： 文件系统如何呈现在其面前：一个文文件系统如何呈现在其面前：一个文件由什么组成，如何命名，如何保护文件由什么组成，如何命名，如何保护文件，可以进行何种操作等等。件，可以进行何种操作等等。n操作系统观点：操作系统观点： 文件目录怎样实现，怎样管理存储空文件目录怎样实现，怎样管理存储空间，文件存储位置，磁盘实际运作方式间，文件存储位置，磁盘实际运作

3、方式( (与设备管理的接口与设备管理的接口) )等等。等等。两种观点两种观点62 2 文件和文件系统文件和文件系统n文件的定义文件的定义-是在逻辑上具有完整意义的信息集合，它是在逻辑上具有完整意义的信息集合，它有一个名字作标识。有一个名字作标识。 n文件的基本特征文件的基本特征-文件的内容为一组相关信息文件的内容为一组相关信息 -文件具有保存性文件具有保存性 -文件可按名存取文件可按名存取7n文件系统的概念文件系统的概念q是操作系统中统一管理信息资源的一种软是操作系统中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新，提供件，管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，并且

4、方便用安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。户使用。q文件系统包含文件系统包含文件管理程序文件管理程序（文件与目录（文件与目录的集合）和的集合）和所管理的全部文件所管理的全部文件，是用户与，是用户与外存的外存的接口接口。2 2 文件和文件系统文件和文件系统8 文件类型和文件系统模型文件类型和文件系统模型 9文件类型和文件系统模型文件类型和文件系统模型 10n逻辑结构逻辑结构： 有结构文件有结构文件（记录式文件）记录式文件）无结构文件无结构文件（流式文件）流式文件）n物理结构物理结构3 3 文件结构文件结构11逻辑结构类型逻辑结构类型12逻辑结构类型逻辑结构类型13n如何在外部存储介质上为

5、创建文件而分配空如何在外部存储介质上为创建文件而分配空间，为删除文件而回收空间，以及对空闲空间，为删除文件而回收空间，以及对空闲空间进行管理。间进行管理。4 4 文件实现文件实现主要考虑：主要考虑：n空间分配策略空间分配策略n空闲空间管理空闲空间管理141. 1. 空间分配策略空间分配策略（1 1）连续空间分配结构（顺序结构）连续空间分配结构（顺序结构） 将逻辑文件的信息存放在外存上若将逻辑文件的信息存放在外存上若干连续的物理块中。干连续的物理块中。 有足够大的连续空闲区才能放文件。有足够大的连续空闲区才能放文件。15n 优点优点: : 简单简单 ，顺序存取时速度快，对于定，顺序存取时速度快，

6、对于定长记录文件，可根据文件起始地址及记录长长记录文件，可根据文件起始地址及记录长度进行随机访问。度进行随机访问。n缺点缺点: : q文件长度不能动态增长文件长度不能动态增长q不利于文件插入和删除不利于文件插入和删除q不适合于不知道文件多大的应用情况不适合于不知道文件多大的应用情况q外部碎片问题需要定期存储压缩外部碎片问题需要定期存储压缩（1 1）连续空间分配（顺序）连续空间分配（顺序）16q将一个逻辑文件的信息存放在外存上若干将一个逻辑文件的信息存放在外存上若干不连续的物理块不连续的物理块中，每一个物理块中设置中，每一个物理块中设置指针，指向该文件的下一个物理块，把所指针，指向该文件的下一个

7、物理块，把所有物理块链接起来。有物理块链接起来。q用用链接结构链接结构存放的文件称存放的文件称链接文件链接文件/ /串联串联文件文件。（2 2）链接分配结构）链接分配结构17文件名文件名 始址始址 末址末址jeep 9 25jeep 9 250 01 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151516161717181819192020212122222323242425252626272728282929303031311 110101616-1-12525文件目录文件目录磁盘空间的链接式分配磁盘空间的链接式分配18n 优点优点：q可解决外

8、存的碎片问题，提高外存空间利可解决外存的碎片问题，提高外存空间利用率；用率；q有利于文件插入和删除；有利于文件插入和删除；q方便文件动态扩充。方便文件动态扩充。n缺点缺点： q只能按照文件的指针链顺序访问，存取速只能按照文件的指针链顺序访问，存取速度慢，不适于随机存取（不能直接读写文度慢，不适于随机存取（不能直接读写文件中任意一个记录）件中任意一个记录） ；q指针如出错，可靠性问题；指针如出错，可靠性问题；q链接指针占用一定的空间。链接指针占用一定的空间。（2 2）链接分配结构）链接分配结构19n一个文件的信息存放在若干一个文件的信息存放在若干不连续不连续物物理块中，系统为每个文件建立一个专理

9、块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构用数据结构-索引表索引表，并将这些块的，并将这些块的块号存放在一个索引表中。块号存放在一个索引表中。n每一个每一个文件索引表文件索引表包括包括关键字关键字（记录（记录号）和号）和记录所在的磁盘地址记录所在的磁盘地址。 （3 3）索引结构）索引结构200 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828292930303131文件名文件名 索引表地址索引表地址文件目录文件目录Jeep 19Jeep

10、19 9 91717 1 110102525 -1 -11919磁盘空间的索引分配磁盘空间的索引分配21n优点优点：q保持了链接结构的优点，又解决了其缺点。保持了链接结构的优点，又解决了其缺点。q即能顺序存取，又能随机存取。即能顺序存取，又能随机存取。q满足了文件动态增长、插入删除的要求。满足了文件动态增长、插入删除的要求。q能充分利用外存空间。能充分利用外存空间。（3 3）索引结构）索引结构n缺点缺点：q索引表本身带来了系统开销。如：存储空间，存索引表本身带来了系统开销。如：存储空间，存取时间。取时间。q索引表的查找策略对文件系统的效率影响很大。索引表的查找策略对文件系统的效率影响很大。22

11、 文件存取方式文件存取方式n顺序存取方式顺序存取方式n随机随机( (直接直接) )存取方式存取方式文件结构、文件存取方式与文件存储介质的关系文件结构、文件存取方式与文件存储介质的关系存储介质存储介质物理结构物理结构存取方式存取方式磁带磁带连续结构连续结构顺序存取顺序存取磁盘磁盘连续连续链接链接索引索引顺序顺序顺序顺序顺序顺序随机随机 随机随机232. 2. 磁盘空闲空间管理磁盘空闲空间管理（1 1）空闲块位示图空闲块位示图（2 2）空闲块链表空闲块链表 24101001011000100100011011011111111111011110010010123456789101112131415

12、0210位示图位示图 将所有空闲块记录在一个表中，即空闲块表。将所有空闲块记录在一个表中，即空闲块表。 可由位示图或位矢量实现。每一个磁盘块由可由位示图或位矢量实现。每一个磁盘块由1 1 位来表示，空闲置位来表示，空闲置1 1，否则置，否则置0 0。（1 1）空闲块位示图）空闲块位示图25空白块链表头指针空白块链表头指针空白块链表空白块链表 把所有空闲块链成一个链。把所有空闲块链成一个链。 （2 2）空闲块链表）空闲块链表265 5 目录管理目录管理n为了能有效地管理大量文件，必须对它们加以为了能有效地管理大量文件，必须对它们加以妥善的组织。这主要依赖于妥善的组织。这主要依赖于文件目录文件目录

13、来实现。来实现。 或者说，文件目录具有或者说，文件目录具有将文件名将文件名转换为该文件转换为该文件在外存的在外存的物理位置物理位置的功能，这也正是文件目录的功能，这也正是文件目录提供的提供的最基本最基本的功能。对文件目录的管理有以的功能。对文件目录的管理有以下要求：下要求： q实现实现“按名存取按名存取” q提高对目录的检索速度提高对目录的检索速度 q文件共享文件共享 q允许文件重名允许文件重名27目录作用目录作用n实现文件的实现文件的“按名存取按名存取”n查找文件存储器中的指定文件查找文件存储器中的指定文件q实现从文件名到文件实体的映射实现从文件名到文件实体的映射n有效的管理众多的用户文件和

14、系统文件有效的管理众多的用户文件和系统文件28 文件控制块文件控制块是操作系统为管理文件而是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理文件设置的数据结构，存放了为管理文件所需的所有有关信息。所需的所有有关信息。 文件控制块文件控制块是文件存在的标志。是文件存在的标志。 文件控制块（文件控制块（FCBFCB）29n把所有的把所有的FCBFCB组织在一起，就构成了组织在一起，就构成了文件目录文件目录，即，即文件控制块的有序集合。文件控制块的有序集合。n目录项目录项：构成文件目录的项目（目录项就：构成文件目录的项目（目录项就 是是FCBFCB）。）。n目录文件目录文件：为了实现对文件目录的管理

15、，通常将文：为了实现对文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存，这个文件就叫目件目录以文件的形式保存在外存，这个文件就叫目录文件。目录文件所存放的信息是录文件。目录文件所存放的信息是该目录中所有子该目录中所有子目录文件和数据文件的目录目录文件和数据文件的目录。 文件目录文件目录30目录结构目录结构从逻辑角度（用户角度），可分为：从逻辑角度（用户角度），可分为： 1 1）单级目录单级目录 2 2）两级目录两级目录 3 3）多级目录多级目录31文件名物理地址文件说明状态位文件名1文件名2 为所有文件建立一个目录文件。为所有文件建立一个目录文件。单级目录的优单级目录的优点是简单且能实现目

16、录管理的基本功能点是简单且能实现目录管理的基本功能按名存取。按名存取。 缺点：缺点：(1) (1) 查找速度慢查找速度慢 ; (2) ; (2) 不允许重名不允许重名 (3) (3) 不便于实现文件共享不便于实现文件共享 1)1)单级目录结构单级目录结构32q为改变单级目录中文件命名冲突，并提高为改变单级目录中文件命名冲突，并提高对目录文件检索速度而改进。为每一个用对目录文件检索速度而改进。为每一个用户建立一个单独的用户文件目录（户建立一个单独的用户文件目录（UFDUFD）。）。此外，在系统中再建立一个主文件目录此外，在系统中再建立一个主文件目录(MFD)(MFD)。q目录分为两级：目录分为两

17、级： 1.1.一级，一级，主文件目录主文件目录（ MFDMFD ） 2.2.二级，二级，用户文件目录用户文件目录（ UFDUFD ） 又称用户子目录又称用户子目录。2)2)两级目录两级目录33 两级目录结构两级目录结构 34* * 优点优点n提高了检索目录的速度；提高了检索目录的速度； n在不同的用户目录中，可使用相同的文件在不同的用户目录中，可使用相同的文件名，只要在用户自己的名，只要在用户自己的UFDUFD中其文件名都是中其文件名都是唯一的；唯一的；n不同用户可使用不同文件名来访问系统中不同用户可使用不同文件名来访问系统中的同一个共享文件。的同一个共享文件。2 2）二级目录（续）二级目录（续）35n多级目录结构也称树形目录多级目录结构也称树形目录n产生于产生于UNIXUNIX操作系统，已被现代操作操作系统，已被现代操作系统广泛采用。目录与文件在一起，系统广泛采用。目录与文件在一起，目录也做成文件。目录也做成文件。 3） 多级目录结构多级目录结构主目录在树型目录结构中，作为树根，称为主目录在树型目录结构中，作为树根，称为根结点。数据文件作为树叶，其它所有目录根结点。数据文件作为树叶，其它所有目录均作为树的结点。均作为树的结点。36多级目录结构 3） 多级目录结构多级目录结构37n优点：优