第8章文件管理..ppt
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1、第8章文件管理28.1 文件系统的概念文件系统的概念文件系统的引入信息用户检索存储器长久存储解决如何分配存储器?使用何种存取方法?如何组织信息?用户用户共享共享如何命名?如何保护?文件系统3文件:以文件名字标识的在计算机上存储的信息集合。文件名根据文件的定义,每个文件必须有一个唯一的文件名,不论是系统管理,还是用户使用文件都使用文件名。DOS、WINDOWS系统中文件名:文件名 文件扩展名例:*.xxx oschapter1.pptUNIX系统中的文件名:一个不大于14个字符的字符串。区分字母的大小写。没有文件名和文件扩展名之分。例:hello.c Unix中认为符号“.”是名字一部分,名字由
2、7个字符组成。4文件系统操作系统中负责管理和存取文件信息的软件。主要功能实现“按名存取”。用户按照可见的文件逻辑结构提供的方式进行信息的加工和存取。这种逻辑结构独立于物理存储设备,对用户透明,用户不必了解文件存取的物理细节,由文件系统进行文件名到文件存储设备物理地址的映射。对磁盘等外存空间进行统一管理。用户创建文件时为其分配外存空间,用户删除或修改文件时回收或调整其外存空间,以提高外存空间的利用率。5提供合适的文件物理结构。文件在物理设备上的存放方式称为文件的物理结构,一个好的文件物理结构会给系统带来好的空间和时间利用率。完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。提供用户接口。如键盘命令、图形菜
3、单、批处理和系统调用函数,均由文件系统提供。提供有关文件自身的服务,如文件的共享和保护以及文件完整性控制等。6文件分类文件分类按文件性质和用途分类(*)按文件保护方式分类(*)按文件的逻辑存储结构分类有结构文件:由若干个记录构成的文件,又称记录式文件;无结构文件:由字符序列所构成的文件,又称为流式文件。7按用户观点分类按用户观点分类普通文件(常规文件):是指系统中最一般组织格式的文件,一般是字符流组成的无结构文件;目录文件:是由文件的目录信息构成的特殊文件,操作系统将目录也做成文件;特殊文件(设备驱动程序):在UNIX或Linux操作系统中,所有的输入输出外部设备都被看作特殊文件便于统一管理。
4、8按存取的物理结构分类(详见后面章节)顺序(连续)文件:链接文件:索引文件:98.2 文件逻辑结构与存取方法文件逻辑结构与存取方法 8.2.1 逻辑结构逻辑结构文件的结构:文件的组织形式逻辑结构。这是从用户观点出发,观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。物理结构。文件在外存上的存储组织形式,指在保证文件逻辑一致性的分配方式下所形成的文件结构,对于用户透明。文件磁盘文件存入取出保证逻辑一致性保证逻辑一致性10文件的逻辑结构分类:字符流式由字符序列组成的文件,是无结构文件,其内部信息不再划分结构,也可以理解为该文件的基本信息单位是字符。记录式文件有结构文件。其文件信息被划分为若干
5、条记录,用户以记录为单位组织信息。常用的记录式文件有以下几种:连续结构多重结构转置结构顺序结构8.2.2 存取方法文件存取:文件修改、搜索等操作。文件存取实现前提:查找文件逻辑地址常用的存取方法:顺序存取法随机存取法(直接存取法)按键存取法1).顺序存取法顺序存取法按照文件的逻辑地址顺序存取信息。记录式文件:按记录的排列顺序来存取。流式无结构文件:当存取完一段信息后,读写指针自动加上或减去该段信息的长度,以便指出下次存取时的位置。2).随机存取法随机存取允许用户根据记录的编号来存取文件的任一记录,或者是根据存取命令把读写指针移到要读写处进行读写。UNIX系统及MS-DOS等操作系统都采用顺序存
6、取和随机存取两种方法。3).按键存取法按键存取法是根据给定的键或记录名首先搜索到要进行存取的记录的逻辑位置,再将其转换到相应的物理地址后进行存取。应用:数据库管理系统。无论采用何种文件存取方法,都是首先定位信息的逻辑地址,然后由逻辑地址映射到物理地址,再对物理地址内的信息进行操作。由逻辑地址到物理地址的映射是和文件的物理存储方式(物理结构)紧密相关的。文件系统所采用的逻辑结构也和文件的物理结构密切相关。对上述观点的解释:物理块与逻辑块关系8.3文件的物理结构与存储设备16一个文件存储介质,格式化后就分成许多大小相等的单位存储块(物理块),在现代计算机系统中,一般来说,每个物理块是一个磁盘的扇区
7、,长度为512字节或1024字节。并给每个存储块有个编号,称为物理块号。为了有效地利用存储设备和便于系统管理,一般把文件信息划分为与物理存储设备的物理块大小相等的逻辑块。从而,以块作为分配和传送信息的基本单位。物理块与逻辑块关系178.3.1文件的物理结构文件物理结构:文件在外存上的存储组织形式。文件的物理结构分类顺序(连续)文件链接文件索引文件18连续文件将一个逻辑上连续的文件信息依次存放到连续的物理块中。文件数据结构起始块号文件长度19例文件A的逻辑块号为0、1、2、3,其连续文件的物理结构如下图所示。优点:简单,不占用额外的存储空间,对连续存取有最好的时空效率。缺点:时间开销大。对数据进
8、行增删改动,完成操作后仍需保持物理上的连续,大量的物理块移动导致。20串联文件(链接文件)采用物理上不连续的块存放文件,并使用指针实现各块间逻辑上的连续性。上例中,文件A如果采用串联分配,其物理存储结构如下图所示。21优点使用串联文件结构时,只需提供该文件的第一个物理块号,无须提供文件长度。串联文件结构下,文件长度可以动态增长,增删方便,只要调整指针就可以方便地插入或删除信息块。缺点由于逻辑块号到物理块号的转换需要由第一块开始,依照指针的指引,在队列中逐块查询,而每获取一个指针值都必须读一次物理块。对磁盘等设备而言,为了读取某个数据块可能造成磁头大幅度移动而花费很多的时间开销。所以该文件结构查
9、询效率极低。串联分配适于逻辑上连续,且存取也是顺序访问的文件。串联结构不适合随机存取。22索引文件每个文件对应一个索引表,索引表描述逻辑块与物理块的映射关系。索引表的结构:逻辑块号及对应的物理块号上例中的文件A如果采用索引结构,其文件物理结构如下图所示。串联与索引都是物理块分配不连续方式,只是组织管理空闲块的方法不同。23优点:既适用于顺序存取也适用于随机存取,且时间效率高。缺点:需要付出索引表占用的存储空间由于索引表存放在外存,所以访问索引表会增加读盘次数当文件很大时,其索引表项也相应增长,使得查询效率下降。解决方法:采用多级索引方式。多级索引:当某级索引表很长时,在该级索引的基础上再建一级
10、索引,形成一个索引树,以提高查询效率。24一级索引分配的另一种图表示法25二级索引一个索引块不够存放文件序列时,为索引块再建立一级索引,形成两级索引分配方式。推广到三级索引分配以上的统称多级索引分配。26例:每个盘块大小为1KB,每个盘块号占4个字节,若采用一级索引方式,则在一个索引块中可存放多少个盘号?若采用两级索引,则最多可存放的盘块数为多少?允许的文件最大长度是多少?分析:两级索引:见索引图文件长度:共有N个盘块,每个盘块的大小M=N*M27解:一级索引方式,盘块数=1KB/4B=256个两级索引,盘块数=256*256=64K个允许的文件最大长度=64K*1K=64MB28混合索引分配
11、将直接地址与多级索引方式结合形成。某文件系统的文件部分FCB如下图所示,采用索引数组表示文件的物理存储,分别为直接、一级、二级、三级索引(间接)结构。假设用4个字节表示物理地址,2KB(4个扇区,每个扇区512字节)为分配单位:请问该文件系统可存储的最大文件长度是多少(最后结果可给出表达式)?给出计算过程。0123456789一次间接二次间接三次间接文件信息 文件信息 文件信息 文件信息 文件信息 文件信息 文件信息 二次间接三次间接索引数组与一次间接相同,省略间接指向的其他 文件地址索引块这个内存块存放的是地址文件块这个内存块存放的是文件解:直接地址:指向10个文件块一级索引:每个内存块为2
12、KB,每个地址占4B,一级索引块内可存放的地址个数=2KB/4B=29个地址,即该索引块指向29(512)个文件块。二级索引:指向512*512个文件块共有一个二级索引块,指向512个一级索引块,每个一级索引块指向512个文件块。三级索引:指向512*512*512个文件块共有一个三级索引块,指向512个二级索引块;每个二级索引块指向512个一级索引块;每个一级索引块指向512个文件块。文件块总数:10+512+512*512+512*512*512文件长度:文件总块数*每块长度(2KB)31文件存储设备磁盘、磁带、光盘等,其中磁盘又可以分为硬盘、软盘和U盘。存储设备的物理结构和存取方法存储设
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