操作系统教学课件：第6章 文件管理1

第6章文件管理文件系统文件系统的功能/需解决的问题：从系统角度看:负责为用户建立、删除、读写、修改和复制文件。从用户角度看：实现了按名存取。6.1文件和文件系统6.2文件逻辑结构6.3外存分配方式6.4目录管理6.5文件存储空间的管理第6章文件管理1.数据的组成2.文件类型和文件系统模型3.文件操作6.1文件和文件系统1.数据的组成数据项基本数据项（最小的逻辑数据单位）组合数据项记录是一组相关数据项的集合文件文件文件是指记录在外存上的具有文件名的一组相关信息的集合。可分为有结构文件和无结构文件两种。有结构文件是由若干个相关记录组成，而无结构文件则被看成一个字符流。文件属性文件名、文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件的建立日期以及用户对该文件的存取权限等。文件文件表示的范围源程序、二进制代码、文本文档、数据、表格、声音和图像等。文件的特点文件可以永久保存。文件是按名存取的。文件的内容是一组信息的集合。文件、记录和数据项间的层次关系文件记录1记录n记录2…数据项1数据项2数据项n…2.文件类型

---文件名.扩展名按用途分系统文件用户文件库文件按数据形式分源文件目标文件可执行文件按存取控制属性只读文件读写文件可执行文件按文件的逻辑结构分有结构文件（记录文件）无结构文件（流式文件）按文件的物理结构分顺序文件链接文件索引文件按信息流向分输入文件输出文件输入输出文件文件系统模型文件系统接口对对象操纵和管理的软件集合

逻辑文件系统层基本I/O管理程序层（文件组织模块）基本文件系统层（物理I/O层)I/O控制层（设备驱动程序）对象(文件、目录及磁盘存储空间)及其属性说明处理文件及记录的相关操作（访问、保护及目录操作）完成大量与磁盘I/O有关的工作（选择设备，逻辑块号到物理块号的转换，空闲空间管理等）。负责内存与磁盘间的数据块交换（在外存及内存缓冲区的位置）。负责启动I/O操作及处理设备发来的中断信号。3.文件操作对记录的操作：检索、插入、修改、删除对文件的操作最基本的：创建、打开、关闭、删除、读、写、截断其它的：文件属性类操作、目录类操作3.文件操作文件的“打开”：系统将文件的属性（目录信息）从外存复制到内存打开文件表中，并返回该表目的编号给用户，建立了用户与文件间的联系。以后若再访问此文件，则利用编号直接在内存中检索，从而节省大量的检索开销，提高了文件的操作速度。文件的“关闭”：当用户不再需要对该文件的操作时，系统利用关闭文件将文件的属性从内存打开表中删除，从而切断用户与文件间的联系。6.2文件逻辑结构文件的逻辑结构（文件组织）

从用户观点出发，所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性。文件的物理结构（文件的存储结构）

是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。（分为顺序、链接及索引结构）文件的逻辑结构和物理结构都会影响文件的检索速度。6.2文件逻辑结构对文件逻辑结构的要求：加快检索；便于修改；降低文件存储费用。1.文件逻辑结构的类型2.顺序文件3.索引文件4.索引顺序文件1.文件逻辑结构的类型有结构的记录式文件文件构成：由一个以上的记录构成。记录长度：分为定长和变长。分类（按记录的组织）：顺序文件索引文件索引顺序文件无结构的流式文件文件构成：由字符流构成。长度：以字节为单位访问：读写指针2.顺序文件逻辑记录的排序串结构：记录顺序与关键字无关，按存入时间的先后排列。顺序结构：记录顺序按关键字排列。对顺序文件的读、写操作记录为定长的顺序文件记录为变长的顺序文件r0r1r2r3…ri…r0r1r2r3…ri…RptrRptr读指针Rptr=Rptr+LRptr=Rptr+LiLiL顺序文件的优缺点优顺序存取速度较快（批量存取）。对定长记录，还可方便实现直接存取。缺对变长记录，直接存取低效不利于文件的动态增长。3.索引文件为解决变长记录文件的直接存取低效问题，为变长记录文件建立一张索引表。索引号长度m指针ptr0m01m1…

imi…r0r1…ri…逻辑文件索引表索引文件的特点优点通过索引表可方便地实现直接存取，具有较快的检索速度。易于进行文件的增删。缺点索引表的使用增加了存储费用；索引表的查找策略对文件系统的效率影响很大。若索引表很大怎么办？4.索引顺序文件为解决变长记录文件的直接存取低效且存储费用增加的问题。为顺序文件建立一张索引表。索引号长度m指针ptr0m01m1…

imi…r0r1…ri…逻辑文件索引表索引顺序文件的特点通过索引表可方便地实现直接存取，具有较快的检索速度。易于进行文件的增删。6.3外存分配方式文件存储单位：簇（cluster）

文件的存储空间通常由多个分立的簇组成，而每个簇包含若干个连续的扇区(sector)/块。目前常用的外存分配方法：1.连续分配（顺序分配）2.链接分配3.索引分配1.连续/顺序分配Figure6-7为每一个文件分配一片连续的磁盘块/簇只需要起始块/簇号和长度，适用于预分配方法可以随机存取文件不能增长从逻辑地址映射到物理地址较简单浪费空间：动态存储分配问题可以通过紧缩(compact)将外存空闲空间合并成连续的区域。连续/顺序分配的主要优缺点主要优点顺序访问容易顺序访问速度快缺点要求有连续的存储空间必须事先知道文件的长度存在外部碎片2.链接分配Figure6-8每个文件是一个磁盘块的链接列表：块可以分散在磁盘各处按所需分配磁盘块，链接在一起在每个块中有指向下一个块的指针只需要起始地址可以通过合并(consolidation)将一个文件的各个簇连续存放，以提高I/O访问性能。block=pointer链接分配的优点1)无外部碎片，没有磁盘空间浪费2)无需事先知道文件大小。文件动态增长时，可动态分配空闲块。对文件的增、删、改十分方便。3)不需紧缩磁盘空间。链接分配的缺点1)不能支持高效随机/直接访问，仅对顺序存取特有效2)需为指针分配空间。---块簇（隐式链接）3)可靠性较低（指针丢失/损害）

文件分配表FATFAT需占用较大的内存空间。（显式链接如Figure6-9所示）文件分配表用于链接文件各物理块的链接指针，显式地存放在内存的一张链接表中。该表在整个磁盘仅设置一张。表序号为整个磁盘的物理块号（0---(n-1)）表项存入链接指针，即下一个块号。文件的首块号存入相应文件的FCB中。查找在内存的FAT中，故提高了检索速度，同时又减少磁盘的访问次数。被MS-DOS和OS/2等所采用。