OSLec18文件系统概述PPT文件格式下载.ppt
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构成文件内容的基本单位n长度：
单个字节，或多个字节n文件内容的意义：
由文件的建立者和使用者解释n文件的组成n文件体：
文件本身的信息；
n文件说明：
文件存储和管理信息；
如：
文件名、文件内部标识、文件存储地址、访问权限、访问时间等；
n文件属性：
n用一组信息指定文件的类型、操作特性和存取保护等，把这组信息称为文件的属性。
n文件的属性一般存放在文件的目录项中。
OSLec189文件系统n什么是文件系统？
n操作系统中负责管理相关文件信息的软件机构。
n文件系统管理的对象：
n
（1）文件n
（2）目录n（3）磁盘空间n文件系统的组成：
n被管理的文件n与文件管理相关的软件n实施文件管理所需的数据结构OSLec18105.1.2文件的类型n按照性质和用途分类n系统文件：
只能通过系统调用为用户服务；
n库文件：
允许用户调用但不允许用户修改；
n用户文件：
用户委托操作系统保存的文件，又分为：
n1）临时文件；
2）永久文件；
3）档案文件。
n按文件的保护方式分类n只读文件、读写文件、不保护文件n按文件信息的流向n输入文件、输出文件、输入输出文件n按文件的逻辑结构分类n流式文件；
记录式文件OSLec1811nUNIX系统将文件分为三类：
n普通文件：
n包含的是用户的信息，一般为ASCII或二进制文件n目录文件：
n管理文件系统的系统文件n特殊文件（设备文件，外部设备也看作文件）n字符设备文件：
和输入输出有关，用于模仿串行I/O设备，例如终端，打印机，网络等n块设备文件：
模仿磁盘OSLec18125.1.3文件系统的基本功能n五个基本功能：
n文件的结构及有关存取方法；
n文件的目录结构和有关处理n文件存储空间的管理n文件的共享和存取控制n文件操作和使用OSLec1813文件系统的结构和功能元素OSLec1814文件系统要实现的功能模块n文件的分块存储：
与外存的存储块相配合；
nI/O缓冲和调度：
性能优化；
n文件定位：
在外存上查找文件的各个存储块；
n外存存储空间管理：
如分配和释放。
主要针对可改写的外存如磁盘；
n外存设备访问和控制：
包括由设备驱动程序支持的各种基本文件系统如硬盘，软盘，CDROM等。
OSLec1815文件系统的接口n为方便用户使用文件系统，文件系统通常向用户提供两种类型的接口：
n
（1）命令接口。
这是指作为用户与文件系统交互的接口。
用户可通过键盘终端键入命令，取得文件系统的服务。
n
（2）程序接口。
这是指作为用户程序与文件系统的接口。
用户程序可通过系统调用来取得文件系统的服务。
OSLec18165.2文件的结构和存取法n文件结构分别从以下观点研究和设计文件的结构和存取方法：
1）用户观点研究用户“思维”中的抽象文件即逻辑文件。
2）系统观点研究驻留在设备介质的实际文件即物理文件。
n文件系统的重要作用之一：
用户逻辑文件和相应设备上的物理文件之间建立映射，实现二者之间的转换。
n文件的存取方法是由文件的性质和用户使用文件的要求决定的。
OSLec18175.2.1文件的逻辑结构n逻辑结构：
从用户角度看文件，研究文件的组织形式n无结构的流式文件n基本信息单位是字节或字，其长度是所含字节的数量。
n优点：
节省存储空间，无需额外的说明和控制信息。
n有结构的记录式文件：
由若干个记录组成，文件中的记录可按顺序编号为记录1，记录2，记录n。
n定长记录文件：
文件中所有记录的长度相等。
文件的长度为记录个数与记录长度的积。
n变长记录文件：
文件中的记录长度不相等。
文件长度为所有记录长度之和。
OSLec1818OSLec1819n文件的物理结构是指文件在物理存储介质上的存储结构。
n为了有效的分配文件存储器的空间，通常把它们分成若干块，并以块为单位进行分配和传送，称为物理块。
而块中的信息称为物理记录。
n基本的文件物理结构n连续结构n链接结构n索引文件5.2.2文件的物理结构OSLec1820n一个逻辑文件的信息存放在存储器上的相邻物理块中，该文件为连续文件，这样结构称为连续结构。
连续结构OSLec1821012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名文件名始址始址块数块数count02tr143mail196list284f62文件目录文件目录countftrmaillistOSLec1822n优点：
n顺序存取速度快，所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。
知道文件存储的起始块号和文件块数，就可以立即找到所需要的信息。
n简单，支持顺序存取和随机存取。
n缺点：
n在建立连续结构文件时，要求用户给出文件的最大长度，以便系统分配足够的存储空间，但这个有时候难以办到；
n不便记录的增删操作，一般只能在末端进行。
连续结构的优缺点OSLec1823串连结构链接结构n在每个物理块中设置一指针，指向该文件的下一个物理块号，文件的末尾块存放结束标记“NULL”。
OSLec1824文件名文件名始址始址末址末址jeep925文件目录文件目录01234567891011121314151617181920212223242526272829303111016-125OSLec1825链接结构的优缺点n优点：
n文件可以动态扩充，也不必事先提出文件的最大长度。
n由于不连续分配，不存在外部碎片问题，所以不会造成几块连续区域的浪费。
n有利于文件插入和删除n缺点：
n存取速度慢，不适于随机存取，只适合顺序存取，n每块设置链接字破坏物理信息的完整性n链接指针占用一定的空间OSLec1826链接结构的变形n文件分配表（FAT）n将盘块中的链接字按盘块号的顺序集中起来，构成盘文件映射表/文件分配表FAT。
OSLec1827FAT的实例n在MS-DOS和Windows系统中，文件的物理结构使用的是FAT（FileAllocationTable）结构。
n将磁盘空间划分为块，每块大小为扇区的整数倍。
在FAT文件系统中块称为簇n一个磁盘分区能分为多少簇则FAT就有多少表项OSLec1828思考n什么叫FAT16、FAT32？
n在FAT16中一簇最大64个扇区，为什FAT16能管理的磁盘分区为2G？
nFAT32同FAT16相比有什么优点？
n对于FAT16文件系统，若一个磁盘分区的大小为512M，问一个簇最少要为多少个扇区？
n簇是大点好，还是小点好？
OSLec1829索引文件n为文件建立一张索引表，每个记录设置一个表项。
索引表按记录关键字排序，本身是顺序文件。
在对索引文件进行检索的时候，首先按照顺序文件检索方法查找索引表，从中找到相关表项，然后直接访问该记录。
n当文件较大的时候，索引表也会较大。
如果索引表的大小超过一个物理块，索引表的存取就成为新问题。
一种较好的办法是采取间接索引，甚至多重索引。
n索引文件既可以满足文件动态增长的要求，也可以较方便和迅速的实现随机存取。
既适用顺序存取也适合随机存取。
缺点是索引文件本身增加了存储开销，而且多重索引的访问时间开销也较大。
OSLec1830n索引文件：
OSLec1831012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名文件名索引表地址索引表地址文件目录文件目录Jeep1991611025-1-1-119OSLec1832二级索引文件OSLec1833索引结构的特点n优点：
n保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：
n即能顺序存取，又能随机存取n满足了文件动态增长、插入删除的要求n能充分利用外存空间n缺点：
n索引表本身带来了系统开销，如：
内外存空间，存取时间OSLec1834直接文件和哈希文件n对于直接文件，则可根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址。
换言之，记录键值本身就决定了记录的物理地址。
这种由记录键值到记录物理地址的转换被称为键值转换（Keytoaddresstransformation）。
组织直接文件的关键，在于用什么方法进行从记录值到物理地址的转换。
n记录大小相同。
由主文件和溢出文件组成。
记录位置由哈希函数确定。
检索时给出记录编号，通过哈希函数计算出该记录在文件中的相对位置。
访问速度快，但在主文件中有空闲空间。
OSLec1835Hash文件的逻辑结构文件的逻辑结构OSLec1836物理结构比较n从查寻时间来看n连续文件最快,索引文件和文件映照次之,串联文件最慢n从空间开销来看n连续文件不需要额外的空间开销;
串联文件的每个物理块中需要存放链接字;
文件映照需存放文件映照表;
索引文件为每个文件建立一张索引表。
n从适宜设备和存取方法来看n连续文件可用于磁带和磁盘;
串联文件、索引文件只适用于磁盘;
串联文件只适合顺序存取;
而索引文件和磁盘上的连续文件,除了能进行顺序存取外,也能实现随机存取。
n从文件增删来看n连续文件不能动态增长,其他三种都可较容易实现文件的动态改变。
OSLec18375.2.3文件的存取方法n存取方法：
读写文件存储器上的一个物理块的方法，通常有3种方法。
n顺序存取法：
严格按文件信息单位排列的顺序依次存取。
n直接存取法：
也称随即存取法，每次存取操作时必须先确定存取的位置。
对流式文件或定长记录的文件比较容易确定存取位置；
对不定长的记录式文件比较麻烦。
n按键存取法：
文件的组织按照逻辑记录中的某个数据项的内容来存放，根据记录内容进行存取。
OSLec1838n存储设备、文件物理结构和存取方法的关系：
存储设备磁带磁盘文件结构连续连续串联索引存取方法顺序顺序、随机顺序顺序、随机
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