第九章 文件系统

1、19.19.29.39.49.52o 一一. 文件文件n1. 什么是文件什么是文件o 文件是在逻辑上具有完整意义的信息集合，它有一个名字以供标识，文件名是以字母开头的字母数字串。n构成文件的基本单位信息项(单个字符或字节)，也可是记录o 文件是具有符号名的信息(数据)项的集合o 文件是具有符号名的记录的集合n2. 文件分类文件分类o (1) 按文件的性质和用途分类按文件的性质和用途分类n 系统文件n 程序库文件n 用户文件3n (2) 按保护级别分类o 执行文件 只读文件 读写文件n (3) 按文件流向分类o 输入文件 输出文件 输入输出文件o 3. 文件名与属性文件名与属性n (1) 文件名

2、o 用户使用文件符号名存取文件o 系统使用文件内部标识符管理文件n (2) 文件扩展o 文件扩展表示了文件的使用特征，如：.c .obj .lib等n (3) 文件属性o 文件的属性字，表示文件类别、保护级等信息。4o 二二. 文件系统文件系统n 1. 什么是文件系统什么是文件系统 o 文件系统是操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构。它由管理文件所需的数据结构 (如目录表、文件控制块、存储分配表) 、管理程序、一组操作。o 从用户角度看n 文件系统实现了“按名存取”的功能o 从系统角度看n 文件系统对文件存储器的存储空间进行组织、分配、负责文件的存储并对存入的文件进行保护、检索的系统。

3、5o 文件系统的功能n 有效的分配文件存储器的存储空间。n 提供一组数据的组织方法。n 提供合适的存储方法，以适应各种不同的应用。n 文件系统应提供一组服务，使用户能处理数据以执行所需要的操作。o 文件系统的功能可以很简单，也可以很复杂，它依赖于各种不同的应用环境。6o 一、文件组织一、文件组织n 1. 文件的组织的两种观点文件的组织的两种观点o 用户的观点：用户思维中的抽象文件，或称逻辑文件o 实现的观点：驻留在设备介质中的实际文件，或称物理文件n 2.逻辑记录和块逻辑记录和块o 由记录组成的文件称为记录式文件，它在逻辑上总被看成一组连续顺序的记录集合。o 在存储介质上，由连续信息所组成的一

4、个区域称为块，也叫物理记录。7o 二、文件的逻辑结构和存取方法二、文件的逻辑结构和存取方法 n 1.文件的逻辑结构（分两种）o 无结构的流式文件：是相关有序字符的集合，是无结构的。n流式文件是按信息的个数或以特殊字符为界进行存取的。o 记录式文件：记录式文件是一种有结构的文件。这种文件在逻辑上总是被看成一组连续顺序的记录的集合。n 2. 存取方法o 存储方法由文件的性质和用户使用文件的情况决定，根据存取次序划分，可分为：n顺序存取：后一次存取总是在前一次存取的基础上进行的。 顺序存取时不必给出具体的存取位置。n直接存取（随机存储）：用户以任意次序请求某个记录。 随机存取时要指出起始存取位置(例

5、如记录号)。8o 文件的物理结构描述了文件在辅存上的安置、链接和编目的方法。o 常用的文件物理结构：连续文件、串联文件、索引结构o 一、连续文件一、连续文件n 连续文件结构连续文件结构o 连续文件结构是由一组分配在磁盘连续区域的物理块组成。n 连续文件的特点连续文件的特点o 连续存取时速度较快o 文件长度一经固定便不易改变o 文件的增生和扩充不易 9o 连续文件结构连续文件结构n 文件有三个记录(记录大小为512)，采用连续文件结构，r0存放在块号为100的磁盘块上，试画出该文件的结构。文件A 3 100 r0 r1 r2 磁盘块号100101102文件目录文件A目录项10o 二二. 串联文件

6、结构串联文件结构n 1. 什么是串联文件什么是串联文件o 串联文件结构是按顺序由串联的块组成的，即文件的信息存于若干块物理块中，每个物理块的最末一个字作为链接字，它指出后继块的物理地址。文件的最后一块的链接字为结束标记“”，它表示文件至本块结束。n 2. 串联文件的特点串联文件的特点o 能较好地利用辅存空间。o 易于对文件进行增生和扩充。o 连续存取时速度较快。11n 3. 串联文件的结构串联文件的结构 文件A 100 r1 57 r2 r0 150磁盘块号 100磁盘块号 150磁盘块号 57文件目录文件A目录项12o 三、随机文件结构三、随机文件结构n 随机文件组织是实现非连续分配的另一种

7、方案。在随机文件结构中，数据记录存放于直接存取型存储设备上，因而数据记录的关键字与其地址之间建立了某种关系。n 有三种形式的随机文件结构：o 直接地址结构（直接使用地址进行存取）o 索引结构o 计算寻址结构13o 四四. 索引文件结构索引文件结构n 1. 什么是索引文件什么是索引文件o 系统为每个文件建立逻辑块号与物理块号的对照表。这张表称为该文件的索引表。文件由数据文件和索引表构成。这种文件称为索引文件。n 索引文件在存储区中占两个区：索引区和数据区。索引区存放索引表，数据区存放数据文件本身。n 访问索引文件需要两步操作：o 查文件索引，由逻辑块号查得物理块号o 由此磁盘物理块号而获得所要求

8、的信息。 n 索引文件的特点索引文件的特点o 易于文件的增删o 直接读写任意记录14n 2. 索引文件结构索引文件结构 文件A索引表指针文件A目录项 r0 r1文件目录 逻辑块号 物理块号 0 23 1 89 2 126 3 229 r2 r3磁 盘 块号23磁 盘 块号89磁 盘 块号126磁 盘 块号229文件索引表15o 3. 索引表的组织索引表的组织n (1) 直接索引 文件A目录项 r0 r1文件目录 r2 r3磁盘块号 23磁盘块号 89磁盘块号 126磁盘块号 229 0 1 2 3 23 89 126 229n 文件目录项中有一组表项用于索引。每一个表项登记的是逻辑记录所在的磁

9、盘块号。 16o (2) 一级间接索引 n文件目录项中有一组表项，其内容登记的是第一级索引表块的块号。第一级索引表块中的索引表项登记的是文件逻辑记录所在的磁盘块号。 文件A目录项文件目录 52 66 126 229 r0块号 23 23 89 r1块号 89 r256块号 178 178 49 r511块号 49 一级间接索引磁盘块17o (3) 二级间接索引 n 文件目录项中有一组表项，其内容登记的是第二级索引表块的块号。第二级索引表块中的索引表项登记的第一级索引表块的块号，第一级索引表项中登记的是文件逻辑记录所在的磁盘块号。18文件A目录项文件目录 二级间接索引 磁盘块 一级间接索引19o

10、 五、文件物理结构比较n连续文件的特点：o 不需要额外的空间开销o 不能动态增长o 一开始就提出文件长度要求o 一次要求比较大的存储空间，不一定好找n串连文件的特点：o 可较好的利用辅存空间，易于文件扩充o 在处理文件时若要进行随机访问，需要花费较大的开销，在时间上比较浪费o 对块链接而言，每一块中都有链接字，要占用一定的存储空间n随机文件的特点o 既能有效地利用存储空间，又能方便地直接存取20o 一一. 文件目录及其内容文件目录及其内容n1. 什么是文件目录什么是文件目录o文件目录是记录文件的名字、存放地址及其他有关文件的说明信息和控制信息的数据结构。n2. 文件目录的内容文件目录的内容o(

11、1) 文件名文件名o(2) 文件逻辑结构文件逻辑结构n说明该文件的记录是否定长、记录长度及记录个数等。 o(3) 文件物理结构文件物理结构n记录文件的物理结构形式。n连续文件指出文件第一块的物理地址、文件所占块数n串联文件指出该文件第一块的物理地址 n索引文件指出索引表地址。o(4) 存取控制信息存取控制信息n登记文件主本人具有的存取权限、核准的其他用户及其相应的存取权限。21n (5) 管理信息管理信息o 记录文件建立日期、时间，上一次存取时间、要求文件保留的时间等信息n (6) 文件类型文件类型o 记录文件的类型，例如可分为数据文件、目录文件、块存储设备文件、字符设备文件。o 文件目录结构

12、：文件目录结构：n 一级文件目录 n 二级文件目录n 多级文件目录(树型文件目录)22o 二二. 一级一级文件目录结构文件目录结构n 1. 什么是一级文件目录什么是一级文件目录o 系统将已建立的所有文件的文件名、存放地址及有关的说明信息放在一张表中，这张表称为一级文件目录。 一级文件目录 sqrt test compiler assembler gabc zhang文 件 名 物 理 地 址 其 它 信 息23o 2. 一级文件目录的特点一级文件目录的特点n 比较简单，要求文件名和文件之间有一一对应的关系。即：不允许两个文件有相同的名字。n 在多用户环境中，出现命名冲突在多用户环境中，出现命名

13、冲突o 3. 什么是重名问题什么是重名问题n 所谓“重名”，是指不同用户对不同文件起了相同的名字，即两个或多个文件只有一个相同的符号名。又称为命名冲突n 为了解决命名冲突、获得更灵活的命名能力为了解决命名冲突、获得更灵活的命名能力，文件系文件系统必须采用二级目录、多级目录结构。统必须采用二级目录、多级目录结构。24o 三三. 二级二级文件目录结构文件目录结构n 1. 什么是二级文件目录什么是二级文件目录o 将文件目录分成主文件目录和用户文件目录两级。每个用户建立一个文件目录，它登记该用户建立的所有文件名及其在辅存中的位置和有关说明信息。主目录则登记进入系统的各个用户文件目录的情况，这样就形成了

14、二级目录的结构。 n 2. 二级文件目录的特点二级文件目录的特点o 二级文件目录结构解决了命名冲突，即允许在不同用户目录下，文件名可以相同。o 方法：存取一个文件时要给出文件路径名。n 在二级文件目录下，一个文件的路径名是由用户名和文件名拼起来得到的。如：用户wang的文件beta，其路径名为“wang：beta”25o 2. 二级文件目录结构二级文件目录结构 testabcbetabeta文件名 其他信息地址test abcbetaGao的用户文件目录文件名 其他信息地址sqrtbetaWang的用户文件目录文件名 其他信息地址WangGao主目录sqrt26o 四四. 多级多级文件目录结构

15、文件目录结构n1. 什么是多级文件目录什么是多级文件目录o 在多级目录系统中(除最末一级外)，任何一级目录的目录项可以描述一个目录文件，也可以描述一个非目录文件(数据文件)，而数据文件一定在树叶上。这样，就构成了一个树形层次结构。n2. 文件路径名文件路径名o 多级目录中，一个文件的路径名是由根目录到该文件的通路上所有目录文件符号名和该文件的符号名组成的字符串，相互之间用分隔符分隔。 图9.11中id为15的文件，文件路径名为从根目录开始 “b：f：J”。n文件路径名的作用？文件路径名的作用？o 当用户进程使用路径名来存取文件时，文件系统将根据这个路径名的顺序来查访各级目录，从而确定所要文件的

16、位置。27o树型文件目录结构树型文件目录结构(图图9.11) abcfe dabcahjhjmrgaacid=13id=21id=14id=15id=16id=17id=18id=19id=20id=1id=2id=3id=4id=11id=12id=5id=8id=9id=10id=6id=7根目录子目录a子目录b子目录c子目录a子目录f子目录e子目录d28o 一一. 文件共享与安全的关系文件共享与安全的关系n 1. 什么是文件共享什么是文件共享o 所谓文件共享，是指某一个或某一部分文件可以让事先规定的某些用户共同使用。n 2. 什么是文件安全什么是文件安全o 所谓文件安全，就是文件的保护问

17、题。 o 文件的保护是指文件本身不得被未经文件主授权的任何用户存取，而对于授权用户也只能在允许的存取权限内使用文件。n 3. 如何进文件的保护如何进文件的保护o 需要对用户的权限进行验证。o 所谓存取权限的验证，是指用户存取文件之前，需要检查用户的存取权限是否符合规定，符合者允许使用，否则拒绝。29o 二二. 建立建立“当前目录当前目录”实现文件共享实现文件共享n 系统规定标识文件的通路可以往上“走”，并用“”表示一个给定目录文件的父结点。 例：设当前目录为id=8，想共享子目录c的文件a(id=12) 30o 当前目录id=8，共享子目录c的文件a(id=12)o 使用文件路路名“：c：a”

18、访问文件12abcfe dabcahjhjmrgaacid=13id=21id=14id=15id=16id=17 id=18 id=19id=20id=1id=2id=3id=4id=11id=12id=5id=8id=9id=10id=6 id=7根目录子目录a子目录b子目录c子目录a子目录f子目录e子目录d31o 3. 采用采用“链接技术链接技术”实现文件共享实现文件共享n 所谓“链接”，就是在相应目录表目之间进行链接，即一个目录中的表目直接指向另一个目录表目所在的物理位置。n 注意，这种链接不是直接指向文件，而是指向相应的目录表目。这种办法也称为连访，被共享的文件称为连访文件。32fo

19、 树型文件目录结构中的链接树型文件目录结构中的链接 子目录f共享子目录e中的文件j 子目录d共享子目录c中的文件a kabcfe dabcahjhjmrgaacid=13id=21id=14id=15id=16id=17 id=18 id=19id=20id=1id=2id=3id=4id=11id=12id=5id=8id=9id=10id=6 id=7根目录子目录a子目录b子目录c子目录a子目录f子目录e子目录dj33o 例：图9.11中有两个链接n子目录f共享子目录e中的文件jn子目录d共享子目录c中的文件a n假定当前目录为假定当前目录为id=8n(1) 子目录f共享子目录e中的文件j

20、o 用文件路径名k直接存取文件j(id=17)n(2) 子目录d共享子目录c中的文件ao 用文件路径名“*：d：f”存取文件a (id=12)；n假定当前目录为假定当前目录为id= 10，对 (2) o 则可用f直接存取文件a(id=12)。34o 文件系统可以定义许多不同的存取类型，在技术文献中通常引用的存取特权表包含： nEXCUTE ACCESS ：用户可以利用文件实现特定的功能，即他可以执行文件，但不能读文件。 nREAD ACCESS ：用户能读所有文件或部分文件。 nUPDATE ACCEES ：用户能修改所有或部分文件内容。 nWRITE ACCESS ：用户不仅能修改文件内容，

21、而且还能加新的记录到文件中去。 nDELETE ACCESS ：用户能删除他自己的文件。 nCHANGE ACCESS ：用户可以修改文件属性，这一特权为文件拥有者保存。35o 在一个文件系统中，可采用多种方法来验证用户的存取权限 ：n 1.访问控制矩阵访问控制矩阵o 控制对文件访问的一种方法是，建立一个二维访问控制矩阵用以列出系统中所有用户和文件。其中，一维列出系统的用户，以 i(i=1,2, ,n) 表示，另一维列出计算机系统的全部文件，以 j(j=1,2, ,m) 表示。当用户 i 允许访问文件 j 时，元素 Aij=1 ；否则 Aij=0 。o 这种方法的优点是一目了然，缺点是这个矩阵

22、往往过于庞大。 36o 2.存取控制表存取控制表 n一种要求少量空间的技术是根据不同用户类别控制访问。常用的对用户分类模式是： o 文件主：正常情况下，这是建立文件的用户。 o 指定的用户：文件主所指不定期的允许使用这一文件的另外用户。 o 组合项目：用户通常是工作某一特定项目的小组中。在这一情况下，组内的各个成员可以全被赋予与项目有关的所有文件的互相访问权。 o 公用：大多数系统允许一个文件被指定为公用的，这样它就可以被该系统的用户集团中的任何成员所访问，公用访问一般只允许用户读或执行一个文件，而写则是被禁止37o 3.用户权限表用户权限表 n 把一个用户（或用户组）所要存取的文件名集中存放

23、在一张表中，其中每个表目指明对相应文件的存取权限，这种表就叫用户权限表。o 4.口令口令n 使用口令的办法是，用户为自己的每个文件规定一个口令，并附在文件目录中。存取文件时必须提供口令，只有当提供的口令与目录中的口令一致时才允许存取。n 口令的优点是：简便，并且只需少量空间存放口令。n 缺点是： 保护级别少；保密性能差；不易改变存取控制权限。 38o 5.密码n 为了防止破坏和泄密而采取的保护信息的另一种办法，对文件进行编码。 n 文件写入时的编码工作及读出时的译码，都由系统存取控制验证模块来承担。n 密码技术具有保密性强，存储空间节省的特点，但必须花费大编码和译码时间，增加了系统的开销。 39o 一、一、 常用的文件操作命令常用的文件操作命令 create 创建一个新文件 delete 从系统目录中撤消一个文件 rename 在系统目录中改变文件的名字 open 打开文件 在用户和文件(或设备)之间建立一个逻辑通路 close 关闭文件 在用户和文件(或设备)之间撤消