计算机操作系统第八章.ppt

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操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM第第8章章文件管理文件管理文件的基本概念、文件命名、文件分类文件管理系统的功能和组成文件的逻辑结构和物理结构目录管理文件共享、保护与保密外存空间的分配和回收、外存空闲区管理操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM8.1文件管理系统概述文件管理系统概述文件文件是在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的集合。

它可以是一组相关的字符流集合，也可以是一组相关的记录集合，通常被保存在外存储器上。

文件命名文件命名文件组成文件组成（右图）操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM文件管理系统功能文件管理系统功能按名存取文件组织存储空间管理文件共享和保护文件操作文件管理系统结构文件管理系统结构操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM一个好的文件管理系统应具有以下特点：

一个好的文件管理系统应具有以下特点：

使用的方便性。

按名存取的实现，使文件的物理结构和存放的物理位置对于用户都成了透明的。

数据的安全性。

好的文件管理系统能提供有效的保护措施，以保证文件信息的安全。

接口的统一性。

用户可以使用统一的广义指令或系统调用来存取各种介质上的文件，这样做简单、直观，而且摆脱了对存储介质特性的依赖以及使用I/O指令所做的繁琐处理。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM现代操作系统中比较著名的文件管理系统现代操作系统中比较著名的文件管理系统Sysv。

Systemv/386及Xenix使用的文件管理系统。

Minix。

最老的UNIX文件管理系统，它可靠，但没有时间标记，文件名最长30个字符。

Ext2。

Linux最常用的文件管理系统。

NFS。

网络文件管理系统。

Hpfs。

OS/2上的操作系统。

FAT。

最早用于MS-DOS，后用于Windows系列及OS/2等操作系统，经过操作系统的不断改进，FAT又发展为FAT16、FAT32等。

NTFS。

Windows及Windows2000上的文件管理系统，安全性和可靠性比较好。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM8.2文件的逻辑结构和物理结构文件的逻辑结构流式结构记录式结构文件的物理结构顺序结构链式结构索引结构文件的逻辑逻辑结构是指呈现在用户面前的文件结构，是文件逻辑上的组织形式。

文件的物理物理结构是指文件在存储介质上的存储结构，是文件在外存空间上的组织形式。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM文件逻辑结构文件逻辑结构流流式式文文件件，是指文件内的数据是一个完整的字符流，不可以进一步细分。

例如，源程序文件就是由字符流组成的流式文件，可执行文件、字符流文本文件的逻辑结构也都是流式的。

对流式文件，用户常常以长度来指定所需存取的信息，也可以通过插入特殊符号来标识存取的界限。

记记录录式式文文件件，在逻辑上可看成是一组记录的集合。

每个记录由彼此相关的若干个数据项组成。

记录式文件中的逻辑记录可依次编号，其序号称为逻辑记录号（简称记录号）。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM文文件件存存取取方方式式文件的顺序存取按照文件的逻辑地址顺序存取。

在记录式文件中，这种操作体现为按照记录的排列顺序来进行存取。

文件的随机存取随机存取是指允许用户按照记录编号或者某一数据项的值随机存取存取任一记录。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM磁盘文件的顺序存储结构磁盘文件的顺序存储结构文件信息占用一组连续的盘块，在外存上顺序存放。

顺序存储的文件称为连续文件，这种文件不仅在逻辑上是连续的，在外存上存放的空间也是连续的。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM优点：

管理简单；存取速度快；既适合顺序存取，也适合随机存取。

L缺点：

外存空间利用率低；必须预先知道文件的长度；不便于文件的扩展。

顺序存储结构操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM磁盘文件的隐式链接存储结构磁盘文件的隐式链接存储结构每个文件的FCB中只登记起始盘块和末盘块号，其它盘块号均由链接指针记录。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM磁盘文件的显式链接存储结构磁盘文件的显式链接存储结构是指将用于链接文件各盘块的指针，“显式”地存放在外存的一张链接表当中。

该表在整个磁盘仅设置一张，登记了分配给文件的所有盘块的链接关系，故将该表称为文件分配表FAT。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMl采用离散分配方式。

磁盘上的所有空闲块都可以被利用，消除了外部碎片。

l易于文件增长或收缩。

当文件需要增长时，可动态为其分配新的盘块，并用指针链接起来，收缩时只要从链中取消不需要的块即可。

l指针本身需占用存储空间。

如果采用的是隐式链接，磁盘块中需要付出存储指针的空间；如果采用的显式链接，需要存储FAT表。

l链接指针的可靠性是个问题。

存取文件时，如果哪个指针丢失或被破坏，则错误的指针可能指向其他文件而导致混乱。

链式结构的特点操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM磁盘文件的索引存储结构磁盘文件的索引存储结构为每个文件分配一个索引块，有效索引表登记其各逻辑块与外存物理块的对应关系，并在文件FCB中登记该文件索引块的地址。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMl既适合顺序存取，也方便随机存取。

l索引结构容易实现记录的增、删和插入。

l缺点是由于索引表的建立而增加了存储空间的开销。

索引结构除了具有离散存储方式的优点外，存取方式更加灵活，但空间利用率低也是明显的。

其特点有：

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM二级索引存储结构二级索引存储结构将索引表离散存储，即将索引表本身分为若干个逻辑块，存储在若干物理盘块中，将索引表所占的各盘块号记入另一个索引表索引表的索引表。

这种结构就称两级索引结构。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMUNIXUNIX混合索引存储结构混合索引存储结构操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMUNIX操作系统对文件索引表做了精心的设计，采用了多级混和索引结构它将直接寻址、一级索引、二级索引和三级索引融为一体，规定每个文件的索引结点使用13个地址登记项。

其中，前10个登记项直接指出存放文件信息的盘块号，属直接寻址。

第11个登记项指向一级索引块，内含若干一级索引存储块。

第12个登记项和第13个登记项分别实现二、三级索引。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM例例如如：

一一个个盘盘块块号号用用44个个字字节节表表示示，盘盘块块尺尺寸寸为为44KBKB，那么一个盘块可存放那么一个盘块可存放11KK个盘块号。

个盘块号。

一级索引能够支持的存储容量是1K*4KB=4MB；二级索引能够支持的存储容量是1K*1K*4KB=4GB；三级索引能够支持的存储容量是1K*1K*1K*4KB=4TB。

UNIX多级混和索引结构多级混和索引结构操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERM8.3文件存储空间管理文件存储空间管理文件存储空间是系统与多个用户共享的。

用户对文件只要求按名存取，至于文件在外存上具体的存放位置、存取如何实现，用户概不关心。

这些方面都是由文件存储管理模块来统一管理的。

系统将外存储空间分成若干大小相等的物理块，以块为单位来交换信息。

当一个新文件要写入时，需要在外存空间找出一系列块号连续或不连续的空闲块以供分配。

因此，需要对外存的物理块进行管理，建立空闲块管理表，标出哪些是空块，哪些块正在使用，以便进行分配和回收。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMl空空闲闲区区表表。

磁盘上连续的空闲盘块组成一个“空闲区”，系统为磁盘上所有的空闲区建立一张“空闲区表”，每个空闲区对应一个表项。

l空空闲闲块块链链表表。

建立一个链表，将文件存储空间中所有空闲块顺序链接在一起，链中每一结点记录一个空闲块的物理块号，同时记录下一空闲块的指针，称为“空闲块链表”。

l位位示示图图。

系统划出若干字节，为每个文件存储设备建立一张位示图，位示图中的一个位（bit）对应文件存储空间的一个物理块。

若该位为“1”，表示对应块被占用，若该位为“0”，表示对应物理块空闲。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMl根据位示图进行盘块分配时，系统处理过程为：

（1）顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0”的二进制位；

（2）将二进制位的字号（行号i）、位号（列号j）转换成相应的盘块号b（假设字号i、位号j、盘块号b取值均从0开始）：

b=i*L+j（L为字长，即每行的位数）；（3）将分配的块地址记入文件的FCB，修改位示图，将对应位置为“1”。

l根据位示图对盘块进行回收时：

（1）将回收的盘块号转换成位示图中的字号和位号（假设字号i、位号j、盘块号b取值均从0开始）：

i=bDIVL（DIV表示整除）j=bMODL（MOD表示求余）

（2）修改位示图，将对应位置为“0”。

操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMUNIXUNIX空闲块成组链接结构空闲块成组链接结构操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统二十一世纪计算机本科教育OPERATINGSYSTERMUNIX空闲盘块的组织

（1）磁盘文件区中的所有空闲盘块，被分成若干组，100个盘块作为一组。

假设文件区上共有5000个盘块，则被分成50个组，如图8-9所示，N100N001为第一组；N200N101为第二组；N4900N4801为第49组；N4999N4901为第50组。

（3）将每一组含有的盘块数和该组所有的盘块号，记入前一组的第一个盘块的S.free0S.free99中。

这样，各组的第一个盘块就链接成一个链表。

（4）最后一组只有99个盘块，其盘块号记入前一组的第一个盘块N4900中S.free1S.free99的99个表项中，