计算机操作系统-第六章-文件管理

1、第六章 文件管理现代计算机系统中，大量的程序和数据都是以文件的形式存放在外存中。OS相应的增加了文件管理功能，即构成一个文件系统，负责文件的存取、共享和保持数据的安全性和一致性。提高了系统资源的利用率。第六章 文件管理数据一致性控制目录管理外存分配方式文件的逻辑结构文件和文件系统1、文件和文件系统引言1、文件和文件系统文件的定义文件是计算机系统中信息存放的一种组织形式，是具有文件名的若干相关元素的集合。元素通常是记录，而记录又是一组有意义的数据项的集合。1、文件和文件系统文件的定义数据项：最低级的数据组织形式。记录：一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性。文件：指由创建者所定义的

2、、具有文件名的一组相关元素的集合。1、文件和文件系统文件的命名各个操作系统的文件命名规则略有不同，即文件名的格式和长度因系统而异。 一般来说，文件名由文件名和扩展名两部分组成，中间用“ ”隔开。它们都是字母或数字组成的字母数字串。扩展名也称为文件后缀，利用扩展名可以区分文件的属性。1、文件和文件系统文件的分类DOS、WINDOWS系统中文件名： 文件名 文件扩展名文件名是一个不大于8个字符的字符串，但WINDOWS系统中允许超长文件名，最多可有256个字符，不区分英文字母的大小写。1、文件和文件系统文件的分类按文件的性质和用途分：系统文件：只允许用户调用，不允许读写。如内核、系统应用程序。用户

3、文件：如源程序、目标程序。库文件：只允许用户读/执行，不允许修改。如C子程序库。1、文件和文件系统文件的分类按文件的数据形式分：源文件目标文件可执行文件按存取控制属性分：只执行文件只读文件读写文件2、文件的逻辑结构文件存在两种结构：逻辑结构和物理结构。文件的逻辑结构：从用户角度看到的文件面貌。即用户对信息进行逻辑组织形成的文件结构。物理结构：文件在物理存储器中的组织形式。2、文件的逻辑结构文件的逻辑结构的类型无结构文件：由字符流构成的文件，长度以字节为单位。如源程序、可执行文件、库函数等。有结构文件：由一个以上的记录构成的文件。定长记录或不定长记录式文件。如数据库中的表。2、文件的逻辑结构记录

4、组织方式顺序文件：从开始位置顺序读取字符/记录。对流式文件：读写指针自动前移指向下次存取的位置。对记录式文件：记录的组织和存取如下2、文件的逻辑结构记录组织方式对于定长记录，某记录的地址LA=记录号i*记录长度m。对于变长记录，常采用索引表，索引表本身按关键字排序。2、文件的逻辑结构记录组织方式索引文件：对于变长记录，常采用索引表，索引表本身按关键字排序。2、文件的逻辑结构记录组织方式索引顺序文件：将顺序文件中的所有记录分为若干个组；为顺序文件建立一张索引表，在索引表中为每组中的第一个记录建立一个索引项。检索效率N3、外存分配方式考虑的问题：怎样才能有效地利用外存空间和如何提高对文件的访问速度

5、。目前常用的外存分配方法有：顺序分配(连续分配)链接分配索引分配3、外存分配方式文件的物理结构直接与外存分配方式有关。采用不同分配方式将形成不同的文件结构。目前常用的外存分配方法有：连续分配顺序结构链接分配链接结构索引分配索引结构3、外存分配方式连续分配(Continuous Allocation)要求为每一个文件分配一组相邻接的盘块。 保证了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性。简单：(起始块号，块数)；随机访问；寻道少磁盘外碎片多，文件不能动态增长3、外存分配方式连续分配(Continuous Allocation)3、外存分配方式链接分配(Chained Allocat

6、ion)通过在每个盘块上的指针，将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一个链表，把这样形成的物理文件称为链接文件。简单；没有外碎片；可动态增长；不能随机访问3、外存分配方式链接分配(Chained Allocation)3、外存分配方式索引分配为每个文件分配一个索引块(表)，再把分配给该文件的所有盘块号，都记录在该索引块中。随机访问，寻道多，需额外访问索引块。没有外碎片，但增加了索引块的开销。3、外存分配方式索引分配3、外存分配方式索引分配3、外存分配方式索引分配混合索引4、目录管理文件目录：是一种数据结构，用于标识系统中的文件及物理地址，供检索时使用。目录管理要求：实现按名存取；提高检索速度

7、；文件共享；允许文件重名。4、目录管理文件目录的组成：文件控制块(FCB)：文件属性的集合。文件控制块的有序集合称为文件目录。通常一个文件目录也被看做是一个文件，称为目录文件。组成：基本信息、存取控制信息、使用信息基本信息：文件名、文件物理位置、文件逻辑结构、文件的物理结构。存取控制信息：存取权限。使用信息：建立时间、修改时间、当前信息。4、目录管理文件目录结构：单级目录结构：每个存储设备上只建立一张线性目录表，为每个文件分配一个FCB。4、目录管理文件目录结构：单级目录结构：每个存储设备上只建立一张线性目录表，为每个文件分配一个FCB。文件名唯一，不允许重名。不便于实现共享。查找速度慢。4、

8、目录管理文件目录结构：二级目录结构：为每个用户建立一个单独的用户文件目录UFD(User File Directory)，系统再建立一个主文件目录MFD(Master File Directory),每个用户目录文件都占有一个目录项。4、目录管理文件目录结构：二级目录结构：每个用户一个单独目录。提高了检索目录的速度：m个用户，每个用户n个文件，平均搜索(m+n)/2个FCBs。不同的目录中，可以使用相同的文件名。不同用户还可以使用不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。4、目录管理文件目录结构：多级目录结构：树型目录。4、目录管理文件目录结构：多级目录结构：目录结构：树型目录。路径名：从根目

9、录到任何数据文件，都只有一条唯一的通路。当前目录：把从当前目录开始直到数据文件为止所构成的路径名，称为相对路径；而把从树根开始的路径名称称为绝对路径。5、数据一致性控制当把一个数据分别存储到多个文件中时，便可能使数据一致性出现问题。解决办法：事务并发控制重复数据一致性5、数据一致性控制事务：用于访问和修改各种数据项的一个程序单位。被访问的数据可以分散地存放在同一文件的不同记录中，也可放在多个文件中。只有对分布在不同位置的同一数据所进行的读和写操作全部完成时，才能再以提交操作(Commit Operation)来终止事务。只要有一个失败，便须执行取消操作(Abort Operation)。原子性

10、5、数据一致性控制事务：事务记录：事务名、数据项名、旧值、新值。存放在稳定存储器中，用来记录在事务运行时数据项修改的全部信息，故又称为运行记录(Log)。恢复算法：Undo.该过程把所有被事务Ti修改过的数据，恢复为修改前的值。Redo.该过程能把所有被事务Ti修改过的数据，设置为新值。5、数据一致性控制并发控制：多用户环境下，各事务对数据项的修改是互斥的，只有在一个事务执行完后，才允许另一事务执行。人们把这种特性称为顺序性(Serializability)。把用于实现事务顺序性的技术称为并发控制(Concurrent Control)。利用互斥锁实现“顺序性”。利用互斥锁和共享锁实现顺序性。

11、5、数据一致性控制并发控制：利用互斥锁实现“顺序性”：为每一个共享对象设置一把互斥锁。当一事务要去访问某对象时，应先获得对象的互斥锁，将该对象锁住，执行操作，其它事务由于未能获得该锁而不能访问该对象。5、数据一致性控制并发控制：利用互斥锁和共享锁实现顺序性：共享锁与互斥锁的区别在于互斥锁仅允许一个事务对相应对象执行读或写操作，而共享锁则允许多个事务对相应对象执行读操作，而不允许其中任何一个事务对对象执行写操作。执行读操作，则只需获得共享锁，若已被互斥锁锁住，等待。执行写操作，还需获得互斥锁。5、数据一致性控制重复数据的数据一致性问题：为了保证数据的安全性，最常用的做法是把关键文件或数据结构复制多份，分别存储到不同的地方，当主文件失效时，还有备份文件可以使用。习题如果块长4KB(即索引块和数据块长4K)，每个指针4B，则采用这种索引分配时，允许的文件最大尺寸是多少？ 答案：4KB*（4KB/4B）=4MB习题设物理块大小为512B，某目录下有128个文件。原来的FCB占64B，那么该目录需占用多少个物理块？查找一个文件的平均访盘次数为多少？每个物理块能容纳 512/64=8 个FCB，则该目录文件需占128/8=16 块，查找一个文件的平均访盘次数为: (1+16)/2=8.5次。习题填空题1.根据文件的逻辑结构，文件分为（）和记录式