第六章操作系统文件系统.docx
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第六章操作系统文件系统
第六章文件系统
一、填空题
1．文件系统主要管理计算机系统的软件资源，即对于各种 的管理。
【答案】文件
【解析】用户使用计算机来完成自己的某项任务时，总会碰到这样一些问题：
其一，使用现有的软件资源来协助自己工作。
例如，利用系统调用和利用库函数与实用程序等来减少编程的工作量，避开与硬件有关的部分。
其二，编制完成的或未完成的程序存放在什么地方，需要访问的数据存放在什么地方。
这实际上是怎样对软件资源进行透明的存放，并能透明地存取，文件系统也就应运而生了。
2．从用户的角度看，文件系统的功能是要实现 ① 。
为了达到这一目的，一般要建立 ②
【答案】①按名存取，②文件目录
【解析】文件系统的建立就是要让用户透明地对文件进行存取，这就要求文件系统要解决把每个文件的符号名与其所在的文件存储空间中的物理地址联系起来的问题，这也是文件系统最基本的功能。
实现符号名与具体物理地址的转换，其主要环节是查目录。
所以，文件目录的组织是文件系统研究的主要问题之一。
3．UNIX系统中，一般把文件分为 ① 、 ② 和 ③ 三种类型。
【答案】①普通文件、②目录文件、③特殊文件
【解析】普通文件既包括系统文件，也包括用户文件、库函数文件和实用程序文件。
它主要指组织格式是无结构、无记录概念的字符流式文件。
目录文件则是由文件系统中的各个目录所形成的文件。
特殊文件（或设备文件）在UNIX系统中，每台设备都被看作为一个特殊文件。
4．链接文件是文件 ① 组织的方式之一，其特点是用 ② 来存放文件信息。
【答案】①物理，②非连续的物理块
【解析】链接文件结构中，每个物理块设有一个指针，指向其后续连接的另一个物理块，从而使得存放同一文件的物理块链接成一个串联队列。
5．文件存储器一般都被分成若干大小相等的 ① ，并以它为单位进行 ② 。
【答案】①物理块，②信息交换
【解析】文件存储空间的管理是文件系统的重要任务之一，磁盘、磁带是常见的文件存储器。
6．文件存储空间管理的基本方法有 ① 、 ② 、③。
【答案】位示图法、空闲表和空闲链表法、成组链接法。
【解析】文件存储空间的管理实质上是空闲块的组织和管理问题，它包括空闲块的分配与空闲块的回收等问题，这就要求对文件存储空间的空闲块进行有效的组织和管理。
7．目录文件是由 ① 组成的，文件系统利用 ② 完成“按名存取”和对文件信息的共享和保护。
【答案】①文件说明，②目录文件
【解析】从文件管理的角度看，一个文件包括两部分：
文件说明和文件体。
文件说明又称为文件控制块，它至少包括文件名和文件在文件存储器上的物理地址。
这样一些文件说明就组成了目录文件。
目录文件是实现按名存取的关键。
8．单级（一级）文件目录不能解决 的问题。
多用户系统所用的文件目录结构至少应是二级文件目录。
【答案】文件重名
【解析】因为单级文件目录表中，各文件说明项处于平等地位，只能按连续结构或顺序结构存放，因此，文件名与文件必须—一对应。
如果两个不同的文件重名，则系统将把它们视为同一文件。
在二级文件目录结构中，各文件的说明信息被组织成目录文件，且以用户为单位把各自的文件说明划分为不同的组，而把不同的、组名有关的存取控制信息存放在用户的主目录的目录项中。
9．大多数文件系统为了进行有效的管理，为用户提供了两种特殊操作，即在使用文件前应先 ① ，文件使用完应 ② 。
【答案】①打开文件，②关闭文件
【解析】打开文件就是把该文件有关的目录表复制到内存中约定的区域，使用户能实现按名存取。
所谓关闭文件，就是当用户宣布这个文件当前不再使用时，系统将此文件在内存中的相应的目录表删除，因而也就断开了用户与这个文件的联系。
10．对于索引结构的文件，其索引表中主要应包含 ① 和 ② 两项内容。
【答案】①记录号、②该记录存放地址
【解析】索引结构的文件，其索引表中主要应包含“记录号”和“该记录存放地址”两项内容，对这种结构的文件既可按顺序访问，又可按随机方式访问。
11．对磁盘上一个物理块的访问要提供三个参数，分别是 ① ， ② 和 ③ 。
【答案】①柱面号、②磁头号、③扇区号
【解析】对磁盘上一个物理块的访问要提供：
柱面号、磁头号、扇区号三个参数，磁盘驱动器可按参数完成对物理块的定位。
12．文件的物理存储结构有三种方式，即 ① ， ② 和 ③ 。
【答案】①顺序文件、②链接文件、③索引文件
【解析】顺序文件、链接文件适合顺序访问，而索引文件既适合顺序访问又适合随机访问。
二、单项选择题
1．在文件系统中，用户以 方式直接使用外存。
（A）逻辑地址 （B）物理地址
（C）名字空间 （D）虚拟地址
【答案】（C）
【解析】用户给出文件名，文件系统根据文件名找到在外存的地址。
2．根据文件的逻辑结构，文件可以分为 和 两类。
（A）字符串文件/页面文件 （B）记录式文件/流式文件
（C）索引文件/串联文件 （D）顺序文件/索引文件
【答案】（B）
3．文件信息的逻辑块号到物理块号的变换是由 决定的。
（A）逻辑结构 （B）页表
（C）物理结构 （D）分配算法
【答案】（C）
【解析】文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法。
它决定了文件信息在存储设备上的存储位置，从而也决定了逻辑地址到物理地址的变换。
4．文件由 a 组成，磁带上的文件一般只能 b ，磁盘上的文件以 c 为单位读写，使用文件前必须 d 文件，使用完毕后应该 e 文件。
则a、c可能是 。
①数组 ②块 ③记录 ④磁盘 ⑤柱面
b可能是
①顺序存取 ②随机存取 ③以字节为单位存取 ④直接存取
d、e可能是
①命名 ②删除 ③打开 ④关闭 ⑤复制 ⑥卸下
【答案】a：
③，b：
①，c：
②，d：
③，e：
④
【解析】文件是一组赋名的相关的字符流的集合，或是相关联记录的集合。
磁带是一种顺序存取设备，它适合的存取方法是顺序存取，而磁盘是一种可以随机访问的设备。
5．文件系统实现按名存取主要是通过 来实现的。
（A）查找位示图 （B）查找文件目录
（C）查找作业表 （D）内存地址转换
【答案】（B）
【解析】为了有效地利用文件存储空间，以及迅速准确地完成文件名到文件物理块的转换，必须把文件名及其结构信息等按一定的组织结构排列，以方便文件的搜索。
文件名中对该文件实施管理的控制信息称为该文件的文件说明，并把一个文件说明按一定的逻辑结构存放到物理存储块的一个表目中。
利用文件说明信息，可以完成对文件的创建、检索以及维护。
我们把一个文件的文件说明称为该文件的目录项，每个文件都有其目录项，它们共同组成文件目录。
6．文件系统采用二级文件目录，主要是为 。
（A）缩短访问存储器的时间 （B）实现文件共享
（C）节省内存空间 （D）解决不同用户间文件命名冲突
【答案】（D）
【解析】在二级文件目录中，各文件的说明信息被组织成目录文件，且以用户为单位把各自的文件说明划分为不同的组。
这样，不同的用户可以使用相同的文件名，从而解决了文件的重名问题。
7．磁盘上的文件是以 为单位读写的。
（A）块 （B）记录
（C）区段 （D）页面
【答案】（A）
【解析】磁盘是一种块设备，通常每一块的容量是512Byte，对磁盘上的文件是以块为单位访问的。
8．文件索引表的主要内容包括关键字（记录号）和 。
（课本P211）
（A）内存绝对地址 （B）记录相对位置
（C）记录所在的磁盘地址 （D）记录逻辑地址
【答案】（C）
【解析】索引结构的文件，其索引表中主要应包含“记录号”和“该记录存放的磁盘地址”两项内容，对这种结构的文件既可按顺序访问，又可按随机方式访问。
三、多项选择题
1．文件系统应具有的功能包括_________。
（A）实现“按名存取”外存上的文件
（B）分配文件的存储空间
（C）实现文件目录管理
（D）提供合适的存取方法以适应各种不同的应用
（E）实现文件的共享、保护和保密
【答案】ABCDE
【解析】从用户角度看，文件系统主要是实现“按名存取”。
实际上文件系统应具有如下功能：
（1）实现从逻辑文件到物理文件间的转换，即“按名存取”外存上的文件。
（2）分配文件的存储空间。
（3）建立文件目录。
文件目录是实现按名存取的有效手段，也是保证文件安全的机构。
（4）提供合适的存取方法以适应各种不同的应用。
（5）实现文件的共享、保护和保密。
不同用户能在系统的控制下共享其他用户的文件。
另外，文件系统还提供一组文件操作。
完成对文件的诸如建立、删除、更名、复制和移动等操作。
所以，应该选择（A）、（B）、（C）、（D）、（E）。
2．通常所说的文件，要永久地保存，应该存放在_________介质上。
（A）硬盘 （B）软盘
（C）CD_ROM （D）磁带
（E）高速缓存
【答案】ABCD
【解析】可用来记录信息的磁带、磁盘等称为存储介质。
要把信息记录到存储介质上或从存储介质上读出信息必须启动相应的磁带机、磁盘驱动器等设备。
把存储介质的物理单位定义为卷，例如，一盘磁带、一张软盘片、一个磁盘组都可称为一个卷。
把存储介质上连续信息所组成的一个区域称为块（物理记录）。
块是主存储器与这些设备进行信息交换的单位。
目前常用的存储设备是磁带机和磁盘机。
所以，应该选择（A）、（B）、（C）、（D）。
3．磁盘上一物理块的位置可由参数_________确定。
（A）字节号 （B）柱面号
（C）扇区号 （D）磁头号
（E）缓存地址
【答案】BCD
【解析】磁盘机是一种直接存取存储设备，它把信息记录在盘片上，若干张盘片组成一个盘组。
每个盘面有一个读写磁头，所有的读写磁头按次序编号，称为磁头号；每个盘面有许多磁道，各盘面上相同磁道组成一个柱面，盘面上的磁道按由外向里的顺序编号，作为柱面号；盘面被划分成相等的扇区，各扇区的编号称为扇区号。
磁盘上任何一块的位置可由三个参数确定：
柱面号、磁头号、扇区号。
所以，应该选择（B）、（C）、（D）。
4．如果按文件的用途来分类，可将文件分为_________。
（A）系统文件 （B）永久文件
（C）用户文件 （D）逻辑文件
（E）库文件
【答案】ACE
【解析】按文件的用途来分类，可将文件分为：
系统文件、用户文件、库文件。
因此，本题应该选择（A）、（C）、（E）。
5．逻辑文件可以有_________这几种形式。
（A）目录文件 （B）永久文件
（C）流式文件 （D）文本文件
（E）记录式文件
【答案】CE
【解析】逻辑文件可以有两种形式，一种是流式文件，另一种是记录式文件。
流式文件是指对文件内的信息不再划分单位，是依次的一串信息组成。
记录式文件是指用户还可把信息按逻辑上独立的涵义划分信息单位，每个单位称为一个逻辑记录（简称记录），如数据库文件就是一种记录式文件。
逻辑文件的概念中没有“目录文件”、“永久文件”、“文本文件”的说法，所以，应该选择（C）、（E）。
6．文件在相应存储介质上的组织方式也有差异。
通常文件的存储结构有_________。
（A）流式结构 （B）顺序结构
（C）链接结构 （D）记录式结构
（E）索引结构
【答案】BCE
【解析】由于存储设备的类型不同、特性各异，因而文件在相应存储介质上的组织方式也有差异。
通常文件的存储结构有三种：
顺序结构、链接结构和索引结构。
（1）顺序结构
一个文件被存放到连续相邻的块上，其逻辑记录顺序和物理块的顺序相一致，这类文件称顺序文件或连续文件。
文件占用的第一块的物理地址及文件长（末地址）登记在该文件目录项中。
（2）链接结构
链接结构文件的逻辑记录是顺序的，但在存储空间中不必选择连续的物理块，每个物理块的最后一个单元中用来存放物理块之间的链接指针。
要将文件占用的第一块的物理地址登记在文件目录中。
链接结构与顺序结构都只适合于顺序存取，不适宜随机访问，而下面介绍的索引结构文件适于随机访问。
（3）索引结构
索引结构是实现非连续存储的另一种方法，索引结构为每个文件建立一张索引表，其中包含两项内容：
记录的关键字和存放地址。
索引结构文件既可随机存取也可顺序存取，索引表的位置应登记到该文件的目录项中。
磁带上文件只能组织成顺序结构，磁盘上文件可以组织成任何一种形式。
所以，应该选择（B）、（C）、（E）。
7．磁盘上空闲块的管理方法，通常可采用_________。
（A）位示图法（B）逻辑文件法
（C）物理文件法（D）空闲块链接法
（E）索引文件法
【答案】AD
【解析】当要建立一个文件时文件系统必须能够为文件分配存储空间，而当某个文件不再需要时能够收回它们所占的存储空间，这依赖于对空闲块的管理方法。
通常采用位示图法、空闲块链接法实现对空闲块的管理。
（1）位示图法
用一张位示图来指示磁盘存储空间的使用情况，磁盘分块后，根据可分配的总块数决定位示图由多少位组成，它的每一位与一块对应，“1”状态表示相应块已占用，“0”状态表示该块空闲。
（2）空闲块链接法
单块链接：
把所有的空闲块用指针连接起来，每个空闲块中都设置一个指向另一空闲块的指针，形成了空闲块链。
系统设置一个链首指针，指向链中的第一个空闲块，最后一个空闲块中的指针为“0”。
成组链接：
把磁盘存储空间的空闲块成组链接。
如在UNIX系统中，每100个空闲块为一组，每一组的第一个空闲块中登记下一组空闲块的磁盘物理块号和空闲块总数，最后不足100块的那部分磁盘物理块号及块数记入专用块中。
所以，本题应该选择（A）、（D）。
8．磁盘上的文件目录由若干目录项组成，目录项中不应该包含_________。
（A）文件在内存地址（B）文件名
（C）存取权限（D）文件的建立日期
（E）在磁盘的存放地址
【答案】BCDE
【解析】存储介质上的文件目录其作用类似于一本书的目录，实现对存储介质上的文件按名存取。
磁盘上的文件目录由若干目录项组成，每个目录项中应包含：
文件名、在磁盘的存放地址、类型、组织方式、记录的长度、存取权限、用户名，以及文件的建立日期和保存期限等，这些信息构成文件控制块。
所以，本题应该选择（B）、（C）、（D）、（E）。
9．可以解决文件重名问题的目录结构有_________。
（A）一级目录（B）二级目录
（C）三级目录（D）多级目录
（E）树形结构目录
【答案】BCDE
【解析】一级目录结构是把所有的文件都登记在一张目录表中，按文件名查找目录就能知道文件存放的地址。
每当建立一个新文件时就在文件目录中增加一个目录项；每当删去一个文件时就在文件目录中删去该文件的目录项。
这种结构显然无法解决文件重名问题。
二级目录、三级目录、多级目录、树形结构目录都可以解决文件重名问题。
其实多级目录和树形结构目录是同一种结构的不同提法。
所以，本题应该选择（B）、（C）、（D）、（E）。
10．以下有关文件的叙述中正确的是_________。
（A）为文件设置口令可实现对文件的保密
（B）删除文件就意味着需删除文件在内存中的有关说明信息
（C）计算机组织、存取和保存信息是通过文件系统实现的
（D）文件的透明存取，使用户既可以看到文件的逻辑结构，又可以知道它的物理结构和查找方法
（E）UNIX操作系统和MS-DOS等都采用无结构（流式）文件
【答案】ACE
【解析】
为文件设置口令是较常用的方法之一，但口令方式的保密性能较差，一旦口令被别人掌握，就可以获得同文件主同样的权利而没有任何等级差别，这使得文件失窃的可能性大大增加，所以应注意经常更改口令。
选项（A）正确。
删除文件表示该文件的所有信息不需要保存。
所以，不仅要释放文件所占据的全部内存空间，而且也要删除该文件在文件存储设备（通常指外存）上的有关信息，以释放外存空间。
选项（B）错误。
选项（C）正确。
文件的透明存取，是指用户不需了解文件存放的物理结构和查找方法等与存取介质有关的部分，只需给定一个代表某程序或数据的文件名，文件系统就会自动地完成对于给定文件的有关操作。
选项（D）错误。
从逻辑结构上讲，UNIX和MS-DOS这两个系统是字符流组成的无结构文件。
选项（E）正确。
所以，本题应该选择（A）、（C）、（E）。
11．以下有关文件的叙述中错误的是_________。
（A）索引文件结构是既可以满足文件动态增长的要求，又可以较为方便和迅速地实现随机存取的文件结构
（B）串联文件结构不仅适合于顺序存取，而且也适合于随机存取
（C）在文件存储空间的管理中，如果采用空闲块链法，对于空闲块的分配和回收可以同时进行，以提高效率
（D）一般来说，在一级文件目录结构中，目录表是存放在内存中的
（E）顺序存取方法是按记录的编号来存取文件任一记录的
【答案】BCDE
【解析】
索引文件结构要求系统为每个文件建立一张索引表，表中每一栏目指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。
选项（A）是正确的。
由于串联文件结构是每个物理块设有一个指针，指向其后续连接的另一个物理块，从而使得存放同一文件的物理块链接成一个串联队列。
存取时，只能按队列的指针顺序搜索，即不适合随机访问。
选项（B）是错误的。
对于空闲块的分配和释放必须互斥进行，否则将会发生数据混乱。
选项（C）是错误的。
目录表不论采用何种结构，一般都是存放在文件存储空间中（例如磁盘），但为了提高查找的速度，一些系统在内存中开辟了固定区域，将正在访问的文件的目录表的内容放入该区。
选项（D）是错误的。
顺序存取是按照文件的逻辑地址顺序存取的。
在记录式文件中，这反映为按记录排列顺序来存取。
随机存取是按照记录的编号来存取文件的任一记录。
选项（E）是错误的。
所以，本题应该选择（B）、（C）、（D）、（E）。
四、是非判断题
1．在文件的保密实现方法中，为文件设置口令是较常用的方法。
（）
【答案】正确。
【解析】但口令方式的保密性能较差，一旦口令被别人掌握，就可以获得同文件主同样的权利而没有任何等级差别，这使得文件失窃的可能性大大增加，所以应注意经常更改口令。
2．删除文件就意味着需删除文件在内存中的有关说明信息。
（）
【答案】错误。
【解析】删除文件表示该文件的所有信息不需要保存。
所以，不仅要释放文件所占据的全部内存空间，而且也要删除该文件在文件存储设备（通常指外存）上的有关信息，以释放外存空间。
3．计算机组织、存取和保存信息是通过文件系统实现的。
（）
【答案】正确。
4．文件的透明存取，使用户既可以看到文件的逻辑结构，又可以知道它的物理结构和查找方法。
（）
【答案】错误。
【解析】文件的透明存取，是指用户不需了解文件存放的物理结构和查找方法等与存取介质有关的部分，只需给定一个代表某程序或数据的文件名，文件系统就会自动地完成对于给定文件的有关操作。
5．UNIX操作系统和MS-DOS等都采用无结构文件形式。
（）
【答案】正确。
【解析】从逻辑结构上讲，这两个系统是字符流组成的无结构文件。
6．索引文件结构是既可以满足文件动态增长的要求，又可以较为方便和迅速地实现随机存取的文件结构。
（）
【答案】正确。
【解析】索引文件结构要求系统为每个文件建立一张索引表，表中每一栏目指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。
7．串联文件结构不仅适合于顺序存取，而且也适合于随机存取。
（）
【答案】错误。
【解析】由于串联文件结构是每个物理块设有一个指针，指向其后续连接的另一个物理块，从而使得存放同一文件的物理块链接成一个串联队列。
存取时，只能按队列的指针顺序搜索，即不适合随机访问。
8．在文件存储空间的管理中，如果采用空闲块链法，对于空闲块的分配和回收可以同时进行，以提高效率。
（）
【答案】错误。
【解析】对于空闲块的分配和释放必须互斥进行，否则将会发生数据混乱。
9．一般来说，在一级文件目录结构中，目录表是存放在内存中的。
（）
【答案】错误。
【解析】目录表不论采用何种结构，一般都是存放在文件存储空间中（例如磁盘），但为了提高查找的速度，一些系统在内存中开辟了固定区域，将正在访问的文件的目录表的内容放入该区。
10．顺序存取方法是按记录的编号来存取文件任一记录的。
（）
【答案】错误。
【解析】顺序存取是按照文件的逻辑地址顺序存取的。
在记录式文件中，这反映为按记录排列顺序来存取。
随机存取是按照记录的编号来存取文件的任一记录。
11．UNIX、DOS、Windows操作系统都是采用树型目录结构。
（）
【答案】正确。
【解析】现代计算机操作系统一般都是采用树型目录结构，这种结构象一棵倒长的树，根在上枝叶在下，对文件管理增加了极大的灵活性。
12．系统中每个文件的目录应存放在内存空间中。
（）
【答案】错误
【解析】通常系统中每个文件的目录应和文件在一起，存放在外存空间中。
13．文件系统可视为用户和外存之间的接口。
（）
【答案】正确
【解析】用户在使用外存时是通过文件系统完成的，因此文件系统可视为用户和外存之间的接口。
五、简答题
1．简述计算机系统中文件的分类。
【解析】
对文件可按各种方法进行分类。
按用途可分成：
系统文件、库文件和用户文件。
按保护级别可分成：
只读文件、读写文件、执行文件和不保护文件。
按信息流向可分成：
输入文件、输出文件和输入输出文件。
按存放时限可分成：
临时文件、永久文件、档案文件。
按设备类型可分成：
磁带文件、磁盘文件等，当然还可有其它的分类方法。
2．当对磁盘上的一物理块进行访问时，要经过哪些操作？
【解析】
磁盘上一块的位置是由三个参数确定的，即：
柱面号、磁头号、扇区号。
存取信息时首先根据柱面号控制移动臂作机械的横向运动，带动读/写磁头到达指定柱面（移臂操作）；再按磁头号确定信息所在的盘面，然后等待访问的扇区旋转到读写头下（旋转延迟）；由指定的磁头进行存取（数据传输）。
对一物理块访问的三部分时间中，移臂操作所占时间最长，为了减少移动臂移动花费的时间，存放信息时是按柱面存放，同一柱面上的磁道放满后，再放到下一个柱面上。
3．文件的存储结构有哪几种，各自的特点是什么？
【解析】
通常文件的存储结构有三种：
顺序结构、链接结构和索引结构。
（1）顺序结构
一个文件被存放到依次相邻的块上，便形成顺序结构。
这是一种逻辑记录顺序和物理块的顺序相一致的文件结构，这类文件称顺序文件或连续文件。
顺序结构的优点是存取信息的速度快，只要记住当前位置，则后继信息一定在下一位置上。
但采用顺序结构使磁盘的存储空间容易产生“存储碎片”。
（2）链接结构
链接
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