计算机操作系统文件管理.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,*,第六章 文件管理,*,*,*,第六章 文件管理,第六章 文 件 管 理,6.1,文件和文件系统,6.2,文件逻辑结构,6.3,外存分配方式,6.4,目录管理,6.5,文件存放空间管理,6.6,文件共享与文件保护,6.7,数据一致性控制,1,计算机操作系统文件管理,第1页,第六章 文件管理,文件系统功效：,*,用户可执行创建、修改、删除读写文件命令；,*,用户能以适当方式结构他文件；,*,用户能在系统控制下，共享其它用户文件；,*,允许用户用符号名访问文件；,*,系统应有转存和恢复文件能力，以预防意外事故发生；,*,系统应提供可靠保护及保密办法。,2,计算机操作系统文件管理,第2页,6.1,文件和文件系统,6.1.1,文件、统计和数据项,文件,：,是,由创建者所定义，,含有符号名一组相关联元素有序序列，,可分为有结构文件和无结构文件。,文件系统,：,指负责存取和管理辅助存放器上文件信息机构,数据项,：,用于描述一个对象某种属性字符集。,统计,：,一组描述一个对象某方面属性相关数据项集合。,3,计算机操作系统文件管理,第3页,图,6-1,文件、统计和数据项之间层次关系,文件,统计,1,统计,2,统计,n,数据项,1,数据项,2,数据项,n,文件属性：,文件类型,(2),文件长度,(3),物理位置,(4),建立时间,6.1.1,文件、统计和数据项,4,计算机操作系统文件管理,第4页,6.1.2,文件类型和文件系统模型,1,、文件类型,按,用途,分类,系统文件,(2),用户文件,(3),库文件,2),按文件中,数据形式,分类,源文件,(2),目标文件,(3),可执行文件,3),按,存取控制属性,分类,只执行文件,(2),只读文件,(3),读写文件,4,）,按,组织形式,分类,（,1,）,普通文件,（,2,）,目录文件,（,3,）,特殊文件,5,计算机操作系统文件管理,第5页,2,、文件系统模型,图,6-2,文件系统模型,6,计算机操作系统文件管理,第6页,6.1.3,文件操作,创建文件,(2),删除文件,(3),读文件,(4),写文件,(5),截断文件,(6),设置文件读,/,写位置,1,、最基本文件操作,7,计算机操作系统文件管理,第7页,6.1.3,文件操作,2,、文件操作功效,对整体文件而言：,（,1,）,打开,（,open),（,2,）,关闭,（,close),（,3,）,建立,(create),（,4,）,撤消,（,destory),（,5,）,复制,（,copy),（,6,）,改变文件名,（,rename),（,7,）,显示,文件内容（,list),对文件中数据项而言：,（,1,）,读,（,read,）,（,2,）,写,（,write,）,（,3,）,修改,（,update,）,（4）,插入,（,Insert,）,（5）,删除,（,delete,）,8,计算机操作系统文件管理,第8页,6.2,文件逻辑结构,文件逻辑结构：,是从用户观点出发，所观察到文件组织形式，是用户能够直接处理数据及其结构，它独立于物理特征。,文件物理结构：,又称为文件存放结构，是指文件在外存上存放组织形式，与存放介质存放性能相关。（次序、链接、索引）,文件逻辑结构要求：,提升检索效率、便于修改、降低文件存放费用。,9,计算机操作系统文件管理,第9页,6.2.1,文件逻辑结构类型,1,、有结构文件,（,1,）定长统计,（,2,）变长统计,（,a,）次序文件,（,b,）索引文件,（,c,）索引次序文件,2,、无结构文件,即流式文件，如：,源程序、可执行文件、库函数等，采取指针来进行读写定位。,10,计算机操作系统文件管理,第10页,6.2.2,次序文件,指由一系列统计，按某种次序排列所形成文件。,对于次序文件，知道了当前统计地址，就能很方便放入确定一个要存取统计地址。,优、缺点：,（,1,）管理简单、次序存取速度快；,（,2,）修改统计困难、要求连续存放空间；,（,3,）必须事先知道文件长度。,11,计算机操作系统文件管理,第11页,6.2.2,次序文件,图,6-3,定长和变长统计文件,12,计算机操作系统文件管理,第12页,索引文件,为每个文件建立一张索引表，其中每一个表目指出文件中统计所在物理块号。,索引式文件组织，便于随机存取文件中一个统计，是随机文件一个。,6.2.3,索引文件,优、缺点：,（,1,）外存利用率高；,（,2,）文件可动态增加，可次序、直接访问；,（,3,）访问两次辅存，索引表浪费空间。,13,计算机操作系统文件管理,第13页,图,6-4,索引文件组织,6.2.3,索引文件,14,计算机操作系统文件管理,第14页,6.2.4,索引次序文件,图,6-5,索引次序文件,15,计算机操作系统文件管理,第15页,6.2.5,直接文件和哈希文件,1,、直接文件,依据给定统计,键值,，直接取得指定统计物理地址，,统计键值本身就决定了统计物理地址,。,2,、哈希,(Hash),文件,图,6-6 Hash,文件逻辑结构,f,Hash,函数,目录表,键值,16,计算机操作系统文件管理,第16页,6.3,外存分配方式,6.3.1,连续分配,为每个文件分配一组邻接磁盘块。,优点,：,*,次序访问轻易；,*,次序访问速度较快；,缺点,：,*,要求含有较多连续存放空间；,*,文件长度事先确定，不便增加；,次序文件,17,计算机操作系统文件管理,第17页,6.3.1,连续分配,图,6-7,磁盘空间连续分配,file,start,length,count,0,2,tr,14,3,mail,19,6,list,28,4,f,6,2,目 录,1,2,3,0,5,6,7,4,9,10,11,8,13,14,15,12,17,18,19,16,21,22,23,20,25,26,27,24,list,29,30,31,28,mail,count,tr,f,18,计算机操作系统文件管理,第18页,6.3.2,链接分配,文件存放在由链接指针连接多个离散磁盘块中。,优点,：,*,消除了外存碎片，提升了外存空间利用率；,链接文件,*,利于文件动态增加，便于文件增、删、修改等操作。,19,计算机操作系统文件管理,第19页,6.3.2,链接分配,链接文件,文件目录中每个目录项（,FCB,）,都存放指向链接文件首尾盘块指针。,*,利于文件次序操作，不便于随机访问。,1、,隐式链接：,把用于链接文件各物理块指针，显示存放在一张链接表中；整个磁盘一张，即文件分配表（,FAT,）。,*,FAT,需占用较大内存空间。,2、,显示链接：,20,计算机操作系统文件管理,第20页,6.3.2,链接分配,1,、隐式链接,图,6-8,磁盘空间链接式分配,25,1,2,3,0,5,6,7,4,9,10,11,8,13,14,15,12,17,18,19,16,21,22,23,20,25,26,27,24,29,30,31,28,file,start,end,jeep,9,25,目 录,10,1,-,1,16,21,计算机操作系统文件管理,第21页,2,、显式链接,图,6-9,显式链接结构,6.3.2,链接分配,0,1,2,3,4,5,物理块号,2,FCB,FAT,0,4,5,1,22,计算机操作系统文件管理,第22页,图,6-10 MS-DOS,文件物理结构,2,、显式链接,6,EOF,11,10,5,EOF,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,FAT,FCB A,4,FCB B,9,23,计算机操作系统文件管理,第23页,6.3.3,索引分配,索引文件,为每个文件分配一个索引块（表），统计该文件全部盘块指针。,优点,：,*,支持直接访问；,*,不会产生外部碎片；,*,支持多级索引。,（,1,）单级索引,（,2,）多级索引,（,3,）混合索引,24,计算机操作系统文件管理,第24页,图,6-12,索引分配方式,1,、单级索引分配,1,2,3,0,5,6,7,4,9,10,11,8,13,14,15,12,17,18,19,16,21,22,23,20,25,26,27,24,29,30,31,28,count,file,块序号,jeep,19,目 录,9,16,1,10,25,1,1,1,19,25,计算机操作系统文件管理,第25页,2,、多级索引分配,图,6-13,两级索引分配,0,1,2,105,106,254,356,357,985,105,106,254,740,356,357,1125,985,360,740,1125,主索引,360,第二级索引,磁盘空间,26,计算机操作系统文件管理,第26页,图,6-14,混合索引方式,3,、混合索引分配方式,（,1,）直接地址,（,2,）一次间接地址,（,3,）屡次间接地址,mode,owners(2),time stamps(3),size,block count,i.addr(0),i.addr(1),direct blocks,single indirect,double indirect,triple indirect,data,data,data,data,data,data,data,data,data,data,27,计算机操作系统文件管理,第27页,6.4,目 录 管 理,目录管理要求：,实现“按名存取”；,(2),提升对目录检索速度；,(3),文件共享；,(4),允许文件重名。,28,计算机操作系统文件管理,第28页,6.4.1,文件控制块和索引结点,1,、文件控制块,图,6-15 MS-DOS,文件控制块,文,件,名,扩,展,名,属,性,备,用,时,间,日,期,第,一,块,号,盘,块,数,（,1,）基本信息类,文件名；文件逻辑结构；,文件物理位置；文件物理结构；,（,2,）存取控制信息类,（,3,）使用信息类,29,计算机操作系统文件管理,第29页,（,1,）磁盘索引结点,文件主标识符,文件类型,文件存取权限,文件物理地址,文件长度,文件连接计数,文件存取时间,2,、索引结点,（,2,）内存索引结点,索引结点编号,状态,访问计数,逻辑设备号,链接指针,30,计算机操作系统文件管理,第30页,6.4.2,目录结构,1,、单级目录结构,文件名,物理地址,文件说明,状态位,文件名,1,文件名,2,（,1,）查找速度慢,（,2,）不允许重名,（,3,）不便于实现文件共享,31,计算机操作系统文件管理,第31页,2,、两级目录,图,6-18,两级目录结构,用户名,Wang,Zhang,Gao,指向子目录指针,Wang,用户目录,Alpha,Test,Alpha,Test,Report,Test,Zhang,用户目录,Report,Test,Gao,用户目录,Beta,Device,Misx,Beta,Device,Misx,（,1,）提升了目录检索速度；,（,2,）允许文件同名；,（,3,）方便文件共享。,32,计算机操作系统文件管理,第32页,3,、多级目录结构,图,6-19,多级目录结构,A,B,C,F,E,D,1,3,A,B,D,2,G,A,4,A,C,5,6,7,10,11,J,N,K,12,J,M,K,13,A,H,F,14,15,16,b,17,18,19,20,21,a,8,9,33,计算机操作系统文件管理,第33页,6.4.3,目录查询技术,1,、线性检索法,图,6-20,查找,/usr/ast/mbox,步骤,2,、,Hash,方法,34,计算机操作系统文件管理,第34页,6.5,文件存放空间管理,6.5.1,空闲表法和空闲链表法,1,、空闲表法,分配算法：,*,首次适应算法,*,循环首次适应算法,*,最正确适应算法,*,最差适应算法,35,计算机操作系统文件管理,第35页,2、空闲链表法：,（,1,）空闲盘块链：,（,2,）空闲盘区链：,*,回收合并算法,6.5.1,空闲表法和空闲链表法,36,计算机操作系统文件管理,第36页,1,、位示图,利用二进制一位来表示磁盘中一个块使用情况。,0,：盘块空闲，,1,：盘块已分配,通常位示图可用,m*n,位,数,来组成；也能够用,二维数组,mapi,j,来表示。,6.5.2,位示法,37,计算机操作系统文件管理,第37页,2,、盘块分配：,3,、盘块回收：,*,扫描位示图，找到,“,0,”,位：,mapi,j=0,*,转换成盘块号：,b=n(i-1)+j,*,分配，修改位示图：,mapi,j=1,*,转换成行号：,i=(b-1)DIV n+1 j=(b-1)MOD n+1,*,回收，修改位示图：,mapi,j=0,6.5.2,位示法,38,计算机操作系统文件管理,第38页,6.5.3,成组链接法,图,6-23,空闲盘块成组链接法,100,400,399,301,300,100,300,299,202,201,299,100,400,399,201,301,99,0,7999,7901,7900,7899,7801,7999,7901,空闲盘块号,S.free,0,1,98,99,39,计算机操作系统文件管理,第39页,文件共享与文件保护,是文件系统中一个主要问题，,共享性,与,安全性,是一个问题两方面。,文件共享：,是指在不一样用户之间共同使用一些文件。,（,1,）是完成共同任务必需；,（,2,）能节约大量辅存空间和主存空间；,（,3,）降低输入,/,输出操作；,（,4,）节约用户劳动，降低重复开发。,6.6,文件共享与文件保护,40,计算机操作系统文件管理,第40页,图,6-24,包含有共享文件文件系统,6.6.1,基于索引节点共享方式,A,A,B,B,B,B,B,C,C,C,C,C,根目录,?,C,C,C,41,计算机操作系统文件管理,第41页,图,6-25,基于索引结点共享方式,6.6.1,基于索引节点共享方式,42,计算机操作系统文件管理,第42页,图,6-26,进程,B,链接前后情况,6.6.1,基于索引节点共享方式,43,计算机操作系统文件管理,第43页,6.6.2,文件保护与保密,保护：,是指使文件免遭文件主本人或其它用户因为错误操作而使文件受到无意破坏。,保密：,是指文件本身不得被未经文件主同意用户访问。,影响原因：,（,1,）人为原因,（,2,）系统原因,（,3,）自然原因,安全办法：,（,1,）存取控制机制,（,2,）系统容错技术,（,3,）后备系统,44,计算机操作系统文件管理,第44页,分级安全管理：,*,系统级安全管理,*,用户级安全管理,*,目录级安全管理,*,文件级安全管理,注册,登录,用户权限,目录访问权,文件属性,45,计算机操作系统文件管理,第45页,File Attributes,Attribute,Meaning,Protection,Who can access the file and in what way,Password,Password needed to access the file,Creator,ID of the person who created the file,Owner,Current owner,Read-only flag,0 for read/write;1 for read only,Hidden flag,0 for normal;1 for do not display in listings,System flag,0 for normal files;1 for system files,Archive flag,0:has been backed up;1:need to be backed up,ASCII/binary flag,0 for ASCII file;1 for binary file,Random access flag,0 for sequential access only;1 for random access,46,计算机操作系统文件管理,第46页,File Attributes,Attribute,Meaning,Temporary flag,0 for normal;1 for delete file on process exit,Lock flags,0 for unlocked;nonzero for locked,Record length,Number of bytes in a record,Key position,Offset of the key within each record,Key length,Number of bytes in the key field,Creation time,Date and time the file was created,Time of last access,Date and time the file was last accessed,Time of last change,Data and time the file has last changed,Current size,Number of bytes in the file,Maximum size,Number of bytes the file may grow to,47,计算机操作系统文件管理,第47页,6.6.3,磁盘容错技术,磁盘容错技术,是经过增加冗余磁盘驱动器、磁盘控制器等，来提升磁盘系统可靠性，也称为系统容错技术（,SFT,）。,1、低级磁盘容错技术（,SFT-1,）：,*,双目录,*,双文件分配表,*,热修复重定向,*,写后读校验,48,计算机操作系统文件管理,第48页,6.6.3,磁盘容错技术,2、中级磁盘容错技术(,SFT-2,)：,*,磁盘镜像,*,磁盘双工,*,廉价磁盘冗余阵列,3、高级磁盘容错技术(,SFT-3,)：,*,磁带,*,硬盘,*,光盘,*,后备系统,完全转储方式,增量转储方式,49,计算机操作系统文件管理,第49页,图,6-27,磁盘镜像示意,磁,盘,控,制,器,主,机,通道,磁盘驱动器,图,6-28,磁盘双工示意,主,机,磁盘,控制器,磁盘,控制器,通道,通道,磁盘驱动器,50,计算机操作系统文件管理,第50页,6.7,数据一致性控制,基本概念：,*,数据一致性,*,事务,*,提交、夭折、回滚,*,原子性,*,恢复算法,*,检验点,*,并发控制,51,计算机操作系统文件管理,第51页,第六章 文件管理,*,了解文件及文件系统基本概念；,*,了解文件逻辑及物理存放结构；,*,掌握文件存放空间管理惯用方法；,*,了解数据一致性概念，以及控制方式。,52,计算机操作系统文件管理,第52页,question？,本章习题：,第六章 文件管理,1,、,4,、,7,、,10,、,13,、,19,、,23,、,30,53,计算机操作系统文件管理,第53页,