第六章文件系统.docx
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第六章文件系统
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。
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
3．UNIX系统中，一般把文件分为 ① 、 ② 和 ③ 三种类型。
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。
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 。
6．文件存储空间管理的基本方法有 ① 、 ② 、③。
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。
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。
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 。
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。
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 。
12．文件的物理存储结构有三种方式，即 ① ， ② 和 ③ 。
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
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
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
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
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
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
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
8．文件索引表的主要内容包括关键字（记录号）和 。
（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
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
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
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
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
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
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
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
8．磁盘上的文件目录由若干目录项组成，目录项中应该包含_________。
（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
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
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
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
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。
（）
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。
（）
3．计算机组织、存取和保存信息是通过文件系统实现的。
（）
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。
（）
5．UNIX操作系统和MS-DOS等都采用无结构文件形式。
（）
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。
（）
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。
（）
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。
（）
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。
（）
10．顺序存取方法是按记录的编号来存取文件任一记录的。
（）
11．UNIX、DOS、Windows操作系统都是采用树型目录结构。
（）
12．系统中每个文件的目录应存放在内存空间中。
（）
13．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
链接结构是将文件的逻辑记录顺序与磁盘上的存储空间顺序独立开来，即逻辑记录是顺序的，但存储空间不必连续。
链接结构的特点是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。
文件信息占用的第一块的物理地址登记在文件目录中，而每个物理块中的链接指针指出了文件信息存放的下一个物理块地址，这种结构的文件叫链接文件，又称串联文件。
采用链接结构的文件，可方便地对文件进行扩充、插入或删去记录等操作。
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。
索引结构具有随机存取记录的能力，同时也支持顺序存取。
显然，采用索引结构也便于增、删文件的记录。
增加一个记录时，只要找出一个空闲的物理块，把记录存入该块，同时在索引表中登记该记录的存放地址就行了。
删去一个记录时，只要把该记录在索引表中的登记项清成0且收回该记录原先占用的物理块，把它作为空闲块，供存放其它信息使用。
索引结构的缺点是当文件的记录很多时，索引表就很庞大。
如果把索引文件中的记录也按顺序存放到磁盘上依次相邻的块上，则这种索引文件被称为索引顺序文件，它是顺序文件的扩展。
文件在磁带上只能组织成顺序结构，磁盘上的文件可以根据需要采用三种结构中的任意一种。
4．假定一个盘组共有100个柱面，每个柱面上有8个磁道，每个盘面分成4个扇区，用位示图方法表示，位示图需占多少存储单元
【解析】
假定一个盘组共有100个柱面，每个柱面上有8个磁道，每个盘面分成4个扇区。
那么，整个磁盘空间共有4X8X100＝3200个存储块。
如果用字长为32位的单元来构造位示图，共需100个字。
若磁盘空间的存储块按柱面编号，则第一个柱面上的存储块号为0～31，第二个柱面上的存储块号为32～63，…，依次计算，位示图中第i个字的第j位（i＝0，1，…，99；j=0，1，…,31）对应的块号为：
块号=iX32＋j
5．对上题提到的磁盘，当有文件要存放到磁盘上时，用位示图方式应如何进行空间分配。
【解析】
根据文件需要的块数查位示图中为“0”的位，表示对应的存储块空闲可供使用。
一方面在位示图中查到的位上置占用标志“1”，另一方面根据查到的位计算出对应的块号，然后确定这些可用的存储块在哪个柱面上，对应哪个扇区，属哪个磁头。
假定M=[块号／32]，N=块号mod32，那么，由块号可计算出：
柱面号=M
磁头号=[N／8]
扇区号=Nmod4
于是文件信息就可按确定的地址存放到磁盘上。
6．对上题的磁盘当要删除某文件时，用位示图方式应如何进行。
【解析】
当要删去某个文件，归还存储空间时，可以根据归还块的物理地址计算出相应的块号，由块号再推算出它在位示图中的对应位，把这一位的占用标志“1”清成“0”，表示该块已成了空闲块。
根据归还块所在的柱面号、磁头号和扇区号，计算对应位示图中的字号和位号：
字号=［块号／32」
位号=块号mod32
注意，在实际计算时应根据磁盘的结构确定位示图的构造，以及每个柱面上的块数和每个磁道上的扇区数，列出相应的换算公式。
7．采用“单块链接法”管理磁盘空闲块时，如何进行空间分配与回收。
【解析】
分配一块时，根据链首指针把链头的一块分配给申请者，并修改链首指针使其指向后继的空闲块。
归还一块时，把归还块加入到链头，使其链接到原链首；将链首指针应指向归还块。
8．文件系统采用一级目录结构的特点。
【解析】
一级目录结构管理简单，查找方便，在早期微型机的单用户系统中采用。
一级目录结构要求在文件目录中登记的文件名都不相同，如果有重名的话，则在实现“按名存取”时就可能出错。
一个用户是可以做到对自己的所有文件都定义成不同的名字，但在多道程序设计系统中，若要求所有用户定义的文件名都不相同是很困难的。
如果人为地限制文件命名规则，对用户来说又极不方便。
9．简述采用二级目录时，如何实现不同用户对文件的共享。
采用二级目录结构可使不同的用户共享某个文件，这只要在各用户的文件目录表中使某个目录项指向共享文件存放的物理位置。
由于它们指向的是同一物理位置，因此不同的用户都可存取同一个文件，达到了共享目的。
不难看出，采用二级目录结构后，不同的用户可以用相同的文件名共享某个文件，也可以用不同的文件名共享某个文件。
10．对于文件的保护，可采用“建立副本”和“定时转储”，比较这两种处理方式。
【解析】
建立副本是指把同一个文件存放到多个存储介质上，当某个存储介质上的文件被破坏时，可用其它存储介质上的备用副本来替换。
这种方法简单，但系统开销增大，且当文件更新时必须要改动所有的副本，也增加了系统的负担。
因此，这种方法适用于容量较小且极为重要的文件。
另一种保护方法是，即定时地把文件转储到其它的存储介质上。
当文件发生故障时，就用转储的文件来复原，把有故障的文件恢复到某一时刻的状态，仅丢失了自上次转储以来新修改或增加的信息。
UNIX就提供定时转储手段来保护文件，提高文件的可靠性。
11．简述“建立文件”操作的系统处理过程。
【解析】
用户要求把一个新文件存放到存储介质上时，首先要向系统提出“建立”要求。
这时用户必须向系统提供如下参数：
用户名、文件名、存取方式、存储设备类型、可访问性、记录大小等。
系统在接到用户的“建立”要求后，就在文件目录中寻找空目录项进行登记，同时在存储介质上分配相应的存储空间。
12．简述“打开文件”操作的系统处理过程。
【解析】
用户要使用一个已经存放在存储介质上的文件前，必须先提出“打开文件”要求。
这时用户也必须向系统提供参数：
用户名、文件名、存取方式、存储设备类型、口令等。
系统在接到用户的“打开文件”要求后，找出该用户的文件目录，当文件目录不在主存储器中时还必须把它读到主存储器中；然后检索文件目录，指出与用户要求相符合的目录项，取出文件存放的物理地址。
对索引文件还必须把该文件的索引表存放到主存储器中，以便后继的读操作能快速进行。
13．简述“读／写文件”操作的系统处理过程
【解析】
用户要对文件记录进行读/写时调用本操作，系统允许用户对已经执行过“打开”或“建立”操作的文件进行读／写。
对采用顺序存取方式的文件，用户只需给出读/写的文件名，而无需给出读/写哪个记录的编号，系统执行本操作时，每次顺序读/写一个或几个逻辑记录。
对采用随机存取方式的文件，用户除了给出需读/写的文件名外，还要给出读/写哪一个记录的编号（或记录键），系统执行读操作时，按指定的记录号（或键）查索引表，得到记录存放的物理地址后按地址将记录读出；执行写操作时，在索引表中找一个空登记项且找一个空闲的存储块，把记录存入找到的存储块中，同时在索引表中登记。
14．简述“关闭文件”操作的系统处理过程。
【解析】
经过“打开”或“建立”的文件，在读/写完毕后，需要执行“关闭文件”操作，以便将该文件的目录信息从主存中撤消。
执行“关闭”操作时要检查读到主存中的文件目录或索引表是否被修改过，若被修改过，则应把修改过的文件目录或索引表重新保存好。
一个关闭后的文件不能再使用，若要再使用，则必须再次执行“打开”操作。
用户提出“关闭”要求时，必须说明关闭哪个文件。
15．简述“删除文件”操作的系统处理过程。
【解析】
用户用本操作向系统提出删除一个文件的要求，系统执行时把指定文件的名字从目录和索引表中除去，并收回它所占用的存储区域，但删除一个文件前应先关闭该文件。
16．简述对文件进行读、写时的操作步骤。
【解析】
（l）读一个文件信息时，依次调用：
“打开”文件、“读”文件、“关闭”文件
（2）写一个文件信息时，依次调用：
“建立”文件、“写”文件、“关闭”文件
“打开”、“建立”、“关闭”是文件系统中的特殊操作。
用户调用“打开”和“建立”操作来申请对文件的使用权，只有当系统验证符合使用权限时，用户才能使用文件。
用户调用“关闭”操作来归还文件的使用权。
17．文件目录在文件系统中的地位是什么文件目录中应该包含文件的哪些信息【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，实现文件的“按名存取”，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。
文件目录中应该包含：
文件名、存放地址、类型、组织方式、记录的长度、存取权限，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。
六、综合应用题
1．说明文件的保护和保密各自的含义
【参考答案】
文件系统在实现文件共享时，应考虑文件的安全性，安全性体现在文件的保护和保密两个方面。
（一）文件的保护
文件的保护是指防止文件被破坏。
造成文件可能被破坏的原因有时是硬件故障、软件失误引起的，有时是由于共享文件时引起错误，应根据不同的情况采用不同的保护措施。
（1）防止系统故障造成的破坏
为了防止各种意外破坏文件，可以采用建立副本和定时转储的方法来保护文件。
（2）防止用户共享文件时造成的破坏
为了防止不同用户使用文件时破坏文件，可规定各用户对文件的使用权限。
例如：
只读、读/写、执行、不能删除等。
对多用户可共享的文件采用树形目录结构，能得到某级目录权限就可得到该级目录所属的全部目录和文件，按规定的存取权限去使用目录或文件。
（二）文件的保密
文件的保密是指防止他人窃取文件。
“口令”和“密码”是两种常见的方法。
一旦为文件在目录中设置口令后，文件使用者必须提供口令，只有提供的口令与设置的口令一致时才可使用该文件，否则无法使用。
“密码”是把文件信息翻译成密码形式保存，使用时再解密。
密码的编码方式只限文件主及允许使用该文件的用户知道，但这种方法增加了文件编码和译码的开销。
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