第5章文件管理.ppt
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1、第5章 文件管理 主要内容:主要内容: 本章主要讲解文件的相关知识,以及操作系统中最本章主要讲解文件的相关知识,以及操作系统中最为重要的一部分为重要的一部分文件系统。主要介绍文件的基本概文件系统。主要介绍文件的基本概念,文件的结构,文件的存取方法和存储设备,目录的念,文件的结构,文件的存取方法和存储设备,目录的管理以及文件的使用等知识点。管理以及文件的使用等知识点。学习任务:学习任务: 5.1 5.1 文件管理概述文件管理概述 5.2 5.2 文件的结构文件的结构 5.3 5.3 文件存取方法和存储设备文件存取方法和存储设备 5.4 5.4 目录管理目录管理 5.5 5.5 文件的使用文件的使
2、用 第第5章章 文件管理文件管理 第5章 文件管理 5.1 文件管理概述文件管理概述5.1.1 文件和文件系统文件和文件系统1. 文件的概念文件的概念(1)文件的定义)文件的定义 文件是一组赋名的相关联字符流的集合。文件是一组赋名的相关联字符流的集合。 (无结构文件)(无结构文件) 文件是相关联的记录的集合。(有结构文件)文件是相关联的记录的集合。(有结构文件)可以把数据的组成分为数据项、记录、文件三级。可以把数据的组成分为数据项、记录、文件三级。第5章 文件管理 基本数据项。这是用于描述一个对象的某种基本数据项。这是用于描述一个对象的某种属性的字符集,是数据组织中可以命名的最属性的字符集,是
3、数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位,小逻辑数据单位, 即原子数据,又称为数据即原子数据,又称为数据元素或字段。元素或字段。 记录是一组相关数据项的集合,用于描述一记录是一组相关数据项的集合,用于描述一个对象在某方面的属性。个对象在某方面的属性。文件记录 1记录 2记录 n数据项 1数据项 2数据项 n第5章 文件管理 2. 文件的命名文件的命名 一般情况下文件名包含两部分的内容,即: 主文件名和扩展名。 标准格式为: . 3. 文件的属性文件的属性 不同的文件通常有不同类型和数量的文件属性。 第5章 文件管理 常见的文件属性:常见的文件属性:文件名、文件内部标识符、文件的物理位文件名、文件内
4、部标识符、文件的物理位置、文件的拥有者、文件的存取控制、置、文件的拥有者、文件的存取控制、文件的类型、文件的时间等。文件的类型、文件的时间等。第5章 文件管理 2. 文件系统文件系统(1)文件系统的结构)文件系统的结构 文件系统是操作系统中实行对文件的组织、文件系统是操作系统中实行对文件的组织、管理和存放的系统程序,文件系统是用户和外管理和存放的系统程序,文件系统是用户和外存之间的接口。存之间的接口。 命令接口、程序接口命令接口、程序接口文件存储空间、文件文件存储空间、文件目录、文件读写及共目录、文件读写及共享、保护等享、保护等文件、目录、磁盘文件、目录、磁盘第5章 文件管理 用户接口用户接口
5、存储设备分配与策略模块存储设备分配与策略模块符号文件系统符号文件系统 启动启动I/O基本文件系统基本文件系统逻辑文件系统逻辑文件系统存取控制验证存取控制验证物理文件系统物理文件系统获得结果获得结果存取要求存取要求图图 5.3 文件系统的层次模型文件系统的层次模型(2)文件系统)文件系统的层次模型的层次模型:搜索文件目录搜索文件目录得到文件信息得到文件信息检验访问的合法性检验访问的合法性获取文件内容相对地址获取文件内容相对地址相对地址相对地址物理地址物理地址存储设备的管理存储设备的管理具体操作具体操作第5章 文件管理 (3)文件系统的实现)文件系统的实现 在磁盘上,文件系统可能包括如下信在磁盘上
6、,文件系统可能包括如下信息:如何启动所存储的操作系统、磁盘息:如何启动所存储的操作系统、磁盘的总块数、目录结构以及各个具体的文的总块数、目录结构以及各个具体的文件。件。 第5章 文件管理 5.1.2 文件系统的功能文件系统的功能1. 文件系统的主要功能文件系统的主要功能 (1)为了便于存放和加工信息,文件在存储设备为了便于存放和加工信息,文件在存储设备上应该按照一定的顺序进行存放,即把这种存放上应该按照一定的顺序进行存放,即把这种存放方式称为文件的物理结构。方式称为文件的物理结构。(2) 必须对辅助存储器空间进行统一管理。在用必须对辅助存储器空间进行统一管理。在用户创建新文件时,为其分配空闲区
7、而在用户删除户创建新文件时,为其分配空闲区而在用户删除或修改某个文件时,回收和调整存储区。或修改某个文件时,回收和调整存储区。(3) 完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。(4) 完成文件的共享和提供文件保护。完成文件的共享和提供文件保护。2. 常见的文件系统:常见的文件系统:EXT2、 FAT32、NTFS等。等。 第5章 文件管理 5.1.3 文件的分类文件的分类1. 按照文件的性质分类按照文件的性质分类 (1) 系统文件系统文件 (2) 库文件库文件 (3) 用户文件用户文件2. 按照文件的组织形式分类按照文件的组织形式分类 (1) 普通文件普通
8、文件 (2) 目录文件目录文件 (3) 特殊文件特殊文件 第5章 文件管理 3. 按照文件的存取控制属性分类按照文件的存取控制属性分类 (1) 只读文件只读文件 (2) 读写文件读写文件 (3) 不保护文件不保护文件 (4) 只执行文件只执行文件4. 按照文件的数据形式分类按照文件的数据形式分类 (1) 源文件源文件 (2) 目标文件目标文件 (3) 可执行文件可执行文件第5章 文件管理 5.1.4 文件操作文件操作 1.最基本的文件操作最基本的文件操作创建文件。创建文件。 (2) 删除文件。删除文件。 (3) 读文件。读文件。 (4) 写文件。写文件。 (5) 截断文件。截断文件。 (6)
9、设置文件的读设置文件的读/写位置。写位置。 第5章 文件管理 2. 文件的文件的“打开打开”和和“关闭关闭”操作操作 所谓所谓“打开打开”,是指系统将指名文件的属性,是指系统将指名文件的属性(包括该文件包括该文件在外存上的物理位置在外存上的物理位置)从外存拷贝到内存打开文件表的一个表从外存拷贝到内存打开文件表的一个表目中,并将该表目的编号目中,并将该表目的编号(或称为索引或称为索引)返回给用户。返回给用户。 如果用户已不再需要对该文件实施相应的操作时,可利如果用户已不再需要对该文件实施相应的操作时,可利用用“关闭关闭”(close)系统调用来关闭此文件,系统调用来关闭此文件,OS将会把该文件将
10、会把该文件从打开文件表中的表目上删除掉。从打开文件表中的表目上删除掉。 第5章 文件管理 3. 其它文件操作其它文件操作 为了方便用户使用文件,通常,为了方便用户使用文件,通常,OS都提供了数条有关都提供了数条有关文件操作的系统调用,可将这些调用分成若干类:文件操作的系统调用,可将这些调用分成若干类: 最常用的一类是有关对文件属性进行操作的,即允许用最常用的一类是有关对文件属性进行操作的,即允许用户直接设置和获得文件的属性,如改变已存文件的文件名、户直接设置和获得文件的属性,如改变已存文件的文件名、改变文件的拥有者改变文件的拥有者(文件主文件主)、改变对文件的访问权,以及查、改变对文件的访问权
11、,以及查询文件的状态询文件的状态(包括文件类型、大小和拥有者以及对文件的包括文件类型、大小和拥有者以及对文件的访问权等访问权等); 另一类是有关目录的,如创建一个目录,删除一个目录,另一类是有关目录的,如创建一个目录,删除一个目录,改变当前目录和工作目录等;此外改变当前目录和工作目录等;此外,还有用于实现文件共享,还有用于实现文件共享的系统调用和用于对文件系统进行操作的系统调用等。的系统调用和用于对文件系统进行操作的系统调用等。 第5章 文件管理 5.2 文件的结构文件的结构 文件的结构分为两种,一种是文件的逻辑结文件的结构分为两种,一种是文件的逻辑结构,另一种是文件的物理结构。构,另一种是文
12、件的物理结构。对于任何一个文件,都存在着以下两种形式的结对于任何一个文件,都存在着以下两种形式的结构:构:(1)文件的逻辑结构:指从用户观点出发所观)文件的逻辑结构:指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,又称为文件组据及其结构,它独立于物理特性,又称为文件组织。织。 (2) 文件的物理结构,文件的物理结构, 又称为文件的存储结构,又称为文件的存储结构, 是指文件在外存上的存储组织形式。存储设备不是指文件在外存上的存储组织形式。存储设备不同,相应存储的文件结构也会有所不同。同,相应存储的文件结构也会有
13、所不同。 第5章 文件管理 5.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 1. 选取文件的逻辑结构应该遵循以下的原则:选取文件的逻辑结构应该遵循以下的原则:(1) 在将大批记录组织成文件时,逻辑结构应有在将大批记录组织成文件时,逻辑结构应有利于提高检索记录的速度和效率。利于提高检索记录的速度和效率。(2) 便于在文件中增加、删除和修改一个或多个便于在文件中增加、删除和修改一个或多个记录。记录。(3) 减少文件占用的存储空间,最好不要求大片减少文件占用的存储空间,最好不要求大片的存储空间。的存储空间。(4) 便于用户对文件进行维护。便于用户对文件进行维护。第5章 文件管理 2. 文件逻辑结构的类型文
14、件逻辑结构的类型 有结构文件:有结构文件:(1) 顺序文件。顺序文件。 (2) 索引文件。索引文件。 (3) 索引顺序文件。索引顺序文件。 第5章 文件管理 无结构文件:无结构文件: 大量的源程序、大量的源程序、 可执行文件、可执行文件、 库函数等,库函数等, 所采用的所采用的就是无结构的文件形式,即流式文件。就是无结构的文件形式,即流式文件。 其长度以字节为单其长度以字节为单位。对流式文件的访问,则是采用读写指针来指出下一个位。对流式文件的访问,则是采用读写指针来指出下一个要访问的字符。可以把流式文件看作是记录式文件的一个要访问的字符。可以把流式文件看作是记录式文件的一个特例。特例。 在在U
15、NIX系统中,所有的文件都被看作是流式文件;系统中,所有的文件都被看作是流式文件;即即使是有结构文件,也被视为流式文件;系统不对文件进使是有结构文件,也被视为流式文件;系统不对文件进行格式处理。行格式处理。 第5章 文件管理 3. 顺序文件顺序文件(1)逻辑记录的排序)逻辑记录的排序 第一种是串结构,第一种是串结构, 各记录之间的顺序与关键字无关。各记录之间的顺序与关键字无关。 通常的办法是由时间来决定,即按存入时间的先后排列,通常的办法是由时间来决定,即按存入时间的先后排列, 最先存入的记录作为第一个记录,其次存入的为第二个记最先存入的记录作为第一个记录,其次存入的为第二个记录,录, 依此类
16、推。依此类推。 第二种情况是顺序结构,指文件中的所有记录按关键第二种情况是顺序结构,指文件中的所有记录按关键字字(词词)排列。可以按关键词的长短排列。可以按关键词的长短排序;或按其英文字母排序;或按其英文字母顺序排序。顺序排序。 第5章 文件管理 (2)对顺序文件)对顺序文件(Sequential File)的读的读/写操作写操作 R0R1R2R3RiLLLLLL2L3L4LL(i1)LRptr(a) 定长记录文件L0R0L1R1RiWptr(b) 变 长记录文件Li00L0L01L1L0L12Li(Lk1)i1k0(Lk1)ik0图 6-3 定长和变长记录文件 第5章 文件管理 (3)顺序文
17、件的优缺点)顺序文件的优缺点 顺序文件的最佳应用场合,是在对诸记录进行批量存取时,顺序文件的最佳应用场合,是在对诸记录进行批量存取时, 即每次要读或写一大批记录。此时,对顺序文件的存取效率是即每次要读或写一大批记录。此时,对顺序文件的存取效率是所有逻辑文件中最高的;此外,也只有顺序文件才能存储在磁所有逻辑文件中最高的;此外,也只有顺序文件才能存储在磁带上,带上, 并能有效地工作。并能有效地工作。 在交互应用的场合,如果用户在交互应用的场合,如果用户(程序程序)要求查找或修改单个记要求查找或修改单个记录,为此系统便要去逐个地查找诸记录。录,为此系统便要去逐个地查找诸记录。 这时,这时, 顺序文件
18、所表顺序文件所表现出来的性能就可能很差,现出来的性能就可能很差, 尤其是当文件较大时,尤其是当文件较大时, 情况更为严情况更为严重。重。 例如,有一个含有例如,有一个含有104个记录的顺序文件,如果对它采用个记录的顺序文件,如果对它采用顺序查找法去查找一个指定的记录,则平均需要查找顺序查找法去查找一个指定的记录,则平均需要查找5103个个记录;记录; 如果是可变长记录的顺序文件,如果是可变长记录的顺序文件,则为查找一个记录所需则为查找一个记录所需付出的开销将更大,这就限制了顺序文件的长度。付出的开销将更大,这就限制了顺序文件的长度。 第5章 文件管理 顺序文件的另一个缺点是,顺序文件的另一个缺
19、点是, 如果想增加或删除一个如果想增加或删除一个记录,记录, 都比较困难。都比较困难。 为了解决这一问题,为了解决这一问题, 可以为顺序可以为顺序文件配置一个运行记录文件文件配置一个运行记录文件(Log File)或称为事务文件或称为事务文件(Transaction File), 把试图增加、把试图增加、 删除或修改的信息记删除或修改的信息记录于其中,录于其中, 规定每隔一定时间,规定每隔一定时间, 例如例如4小时,将小时,将运行记运行记录文件与原来的主文件加以合并,录文件与原来的主文件加以合并, 产生一个按关键字排产生一个按关键字排序的新文件。序的新文件。 第5章 文件管理 4. 索引文件索
20、引文件 对于定长记录文件,如果要查找第对于定长记录文件,如果要查找第i个记录,个记录, 可直接根可直接根据下式计算来获得第据下式计算来获得第i个记录相对于第一个记录首址的地址:个记录相对于第一个记录首址的地址: Ai=iL 然而,对于可变长度记录的文件,要查找其第然而,对于可变长度记录的文件,要查找其第i个记录个记录时,须首先计算出该记录的首地址。为此,须顺序地查找时,须首先计算出该记录的首地址。为此,须顺序地查找每个记录,从中获得相应记录的长度每个记录,从中获得相应记录的长度Li,然后才能按下式,然后才能按下式计计算出第算出第i个记录的首址。假定在每个记录前用一个字节指个记录的首址。假定在每
21、个记录前用一个字节指明该记录的长度,则明该记录的长度,则 10iiiiiLA第5章 文件管理 索引号0长度 m指针 ptrm01m1imi索引表R0R1Ri逻辑文件图 6-4 索引文件的组织 第5章 文件管理 5. 索引顺序文件索引顺序文件 键An QiBao RongChen Lin逻辑地址姓 名An QiAn Kang其它属性Bao Rong逻辑文件图 6-5 索引顺序文件 第5章 文件管理 6. 直接文件和哈希文件直接文件和哈希文件 (1)直接文件)直接文件 对于直接文件,则可根据给定的记录键值,直接获得指对于直接文件,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
22、本身就决定了记录的定记录的物理地址。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值转换(Key to address transformation)。组织直接文件的关组织直接文件的关键,键, 在于用什么方法进行从记录值到物理地址的转换。在于用什么方法进行从记录值到物理地址的转换。 第5章 文件管理 (2)哈希)哈希(Hash)文件文件 图 6-6 Hash文件的逻辑结构fHash 函数目 录 表键 值第5章 文件管理 5.2.2文件的物理结构文件的物理结构 通常文件的物理结构有顺序文件、链通常文
23、件的物理结构有顺序文件、链接文件、索引文件接文件、索引文件3种。种。1. 顺序文件顺序文件:按文件的逻辑顺序把文件存放按文件的逻辑顺序把文件存放在一组连续的存储块中,通常它们都位在一组连续的存储块中,通常它们都位于一条磁道上。对应的文件存储空间的于一条磁道上。对应的文件存储空间的分配方式为连续分配。分配方式为连续分配。第5章 文件管理 1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcountfilestartlengthcount02tr143mail196list284f62目录trf 磁盘空间的连续分配磁盘空间的
24、连续分配 第5章 文件管理 连续分配的主要优缺点连续分配的主要优缺点 连续分配的主要优点如下:连续分配的主要优点如下:(1) 实现简单,顺序访问容易。常用于实现简单,顺序访问容易。常用于存放系统文件等固定长度的文件。存放系统文件等固定长度的文件。 (2) 顺序访问速度快。顺序访问速度快。 连续分配的主要缺点如下:连续分配的主要缺点如下:(1) 要求有连续的存储空间。要求有连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。必须事先知道文件的长度。 文件长度不便于动态增加。文件长度不便于动态增加。 第5章 文件管理 2.链接文件:链接文件: 将文件装到多个离散的盘块中,可以将文件装到多个离散的盘块
25、中,可以通过在每个盘块上的链接指针,将同属于通过在每个盘块上的链接指针,将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一个链一个文件的多个离散的盘块链接成一个链表,这样形成的物理文件称为链接文件。表,这样形成的物理文件称为链接文件。 对应的文件存储空间的分配方式为链对应的文件存储空间的分配方式为链接分配。接分配。 链接方式又可分为隐式链接和显式链链接方式又可分为隐式链接和显式链接。接。第5章 文件管理 磁盘空间的隐式链接分配磁盘空间的隐式链接分配 25123056749101181314151217181916212223202526272429303128filestartendjeep925目录1
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