第五章-文件管理系統(tǒng)

1、第五章第五章 文件管理系統(tǒng)文件管理系統(tǒng)2本章要點本章要點3問題問題5.1 文件系統(tǒng)概述文件系統(tǒng)概述5文件系統(tǒng)的功能文件系統(tǒng)的功能6交互式文件系統(tǒng)的基本服務交互式文件系統(tǒng)的基本服務7文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)5.2 文件系統(tǒng)與數據庫管理系文件系統(tǒng)與數據庫管理系統(tǒng)統(tǒng)9文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)vs.數據庫管理系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)5.3 文件文件11文件文件12文件中的數據結構文件中的數據結構 -字段或域（字段或域（Field）13文件中的數據結構文件中的數據結構 -記錄（記錄（Record）14數據庫（數據庫（Database）15對記錄的操作對記錄的操作16對記錄的操作（續(xù)）對記錄的操作（續(xù)）17對記錄的操作（續(xù)對記

2、錄的操作（續(xù)2）18文件的類型文件的類型 -按文件的邏輯結構分類按文件的邏輯結構分類19文件的類型文件的類型 -按文件的物理組織結構分類按文件的物理組織結構分類20鏈接文件與索引文件鏈接文件與索引文件21文件的類型文件的類型 -按文件的保護級別分類按文件的保護級別分類22文件的類型（續(xù)）文件的類型（續(xù)） -按文件的保護級別分類按文件的保護級別分類23文件的類型文件的類型 -按文件的性質和用途級別分類按文件的性質和用途級別分類24文件的類型文件的類型 -按文件中的數據形式分類按文件中的數據形式分類25文件的類型文件的類型 -多媒體文件多媒體文件26對文件的操作對文件的操作27對文件的操作對文件的

3、操作 -打開文件（打開文件（Open file）28對文件的操作對文件的操作 -關閉文件（關閉文件（Close file）29對文件的操作對文件的操作 -建立文件（建立文件（Create file）30對文件的操作對文件的操作 -撤銷文件（撤銷文件（Destroy file）31對文件的操作對文件的操作 -復制文件（復制文件（Copy file）32對文件的操作對文件的操作 -改名文件（改名文件（Rename）33對文件的操作對文件的操作 -讀操作（讀操作（Read）34對文件的操作對文件的操作 -寫操作（寫操作（Write）35對文件的操作對文件的操作 -更新操作（更新操作（Update）3

4、6對文件的操作對文件的操作 -插入操作（插入操作（Insert）37對文件的操作對文件的操作 -刪除操作（刪除操作（Delete）5.4 文件目錄文件目錄39文件目錄的內容文件目錄的內容40FCB41目錄內容的組織方式及分析目錄內容的組織方式及分析42目錄文件及操作目錄文件及操作43目錄結構目錄結構44單級目錄結構單級目錄結構目錄項1目錄項2目錄項3目錄項4目錄項nFile 1File 2File 3File n圖5.1 單級目錄結構45單級目錄結構總結單級目錄結構總結46兩級目錄結構兩級目錄結構User 1目錄SystemUser 1User 2User 3主目錄File 1File 2Fi

5、le 1File 2File 1File 2User 2目錄圖5.2 兩級目錄結構SystemUser 1User 2User 3主目錄File 1File 2File 1File 2File 1File 2User 2目錄User 1目錄User 3目錄47兩級目錄結構總結兩級目錄結構總結48層次目錄結構層次目錄結構 -樹形目錄樹形目錄圖5.3 樹形目錄結構主目錄子目錄子目錄子目錄子目錄子目錄文件文件子目錄文件49層次目錄結構層次目錄結構 -無循環(huán)圖結構無循環(huán)圖結構/rootdevuserliubinweitty01tty02 1pdktkkyp01mansrcsttmoonstar圖5.4

6、 UNIX的無循環(huán)圖目錄結構 50文件路徑文件路徑5.5 文件的邏輯組織與訪問文件的邏輯組織與訪問52有結構文件與文件系統(tǒng)有結構文件與文件系統(tǒng)53type message=recordto : array of address;from: array of address;subject: array of line;cc: array of address;body: array of string;Procedure getRecord (void); Procedure putRecord (void); var msg: message; var msg: message;begin

7、beginmsg=allocae(sizeof(message); putAddress(msg.to);msg. to = getAddress (); putAddress(msg.form);msg. form = getAddress (); putAddress(msg.cc);msg. cc = getAddress (); putLine(msg.subject);mag. subject = getLine (); putString(msg.body);msg. body = getString(); end;return(msg); end.圖5.5 一種電子郵件的格式定義

8、54有結構文件與文件系統(tǒng)總結有結構文件與文件系統(tǒng)總結55文件的組織一般原則文件的組織一般原則-有結構文件有結構文件56有結構文件有結構文件記錄組織方式區(qū)別記錄組織方式區(qū)別57堆文件（堆文件（pile）58堆文件示意圖堆文件示意圖時間1n圖5.6 堆文件59堆文件總結堆文件總結60順序文件（順序文件（Sequential File）61順序文件示意圖順序文件示意圖關鍵字關鍵字圖 5.7 順序文件62順序文件總結順序文件總結63順序文件總結（續(xù)）順序文件總結（續(xù)）64索引順序文件索引順序文件（Indexed Sequential File）65索引順序文件示意圖索引順序文件示意圖索引表主文件圖 5

9、.7 索引順序文件66向索引順序文件插入記錄向索引順序文件插入記錄67多級索引多級索引68例：順序文件例：順序文件 vs. 一級索引一級索引69例：一級索引圖示例：一級索引圖示一級索引主文件100010000001000*1000=100000070順序文件順序文件 vs. 二級索引二級索引71例：二級索引圖示例：二級索引圖示二級索引表100關鍵字索引指針一級索引表主文件1000000關鍵字索引指針100100100100100圖 5.9 二級索引順序文件72索引文件（索引文件（Indexed File）73索引文件（續(xù)）索引文件（續(xù)）74索引文件示意圖索引文件示意圖主文件關鍵字索引指針索引表

10、圖 5.10 索引文件75索引文件分類索引文件分類76索引文件總結索引文件總結77直接（哈希）文件直接（哈希）文件5.6 文件的物理組織文件的物理組織 -存儲空間管理（外存）存儲空間管理（外存）79文件存儲空間分配的有關問題文件存儲空間分配的有關問題80預分配與動態(tài)分配預分配與動態(tài)分配81預分配與動態(tài)分配（續(xù)）預分配與動態(tài)分配（續(xù)）82預分配與動態(tài)分配預分配與動態(tài)分配-總結總結83分區(qū)大小分區(qū)大小文件物理存儲的單元文件物理存儲的單元84確定分區(qū)大小的因素確定分區(qū)大小的因素85可變大小分區(qū)可變大小分區(qū) vs. 固定小分區(qū)（一個固定小分區(qū)（一個數據塊）數據塊）-適合于預適合于預/動態(tài)分配動態(tài)分配8

11、6基于基于可變可變的分區(qū)的的分區(qū)的分配算法分配算法87文件存儲空間的分配技術文件存儲空間的分配技術 -文件在外存空間的組織和管理文件在外存空間的組織和管理88連續(xù)分配連續(xù)分配89連續(xù)分配示意圖連續(xù)分配示意圖0567818242930File 1File 2File 3File 4文件分配表圖 5.11 連續(xù)分配90連續(xù)分配的連續(xù)分配的優(yōu)點優(yōu)點91連續(xù)分配的連續(xù)分配的問題問題92連續(xù)分配連續(xù)分配緊湊后緊湊后示意圖示意圖0567818242930File 1File 2File 3File 4文件分配表圖 5.11 連續(xù)分配(緊湊之后)93鏈接分配鏈接分配-非連續(xù)分配非連續(xù)分配94鏈接分配示意圖鏈

12、接分配示意圖文件分配表圖 5.11 l鏈接分配056781824293035File 1File 295鏈接分配鏈接分配優(yōu)點優(yōu)點96鏈接分配鏈接分配缺點缺點97鏈接分配鏈接分配-檢索速度和占用額檢索速度和占用額外空間的解決方案外空間的解決方案98鏈接分配鏈接分配-順序訪問解決方案順序訪問解決方案99鏈接分配數據塊整理示意圖鏈接分配數據塊整理示意圖056781824293035File 1File 2文件分配表圖 5-14 鏈接分配（圖 5-13 經過整理以后）100鏈接分配鏈接分配總結總結101索引分配索引分配非連續(xù)分配非連續(xù)分配102索引分區(qū)索引分區(qū)-基于大小固定分區(qū)基于大小固定分區(qū)0567

13、8182324293035File 1文件分配表310272915圖 5-15 基于固定?。ㄒ粋€數據塊）分區(qū)的索引分配103索引分配索引分配-基于固定基于固定/可變對比可變對比104索引分區(qū)索引分區(qū)-基于可變分區(qū)基于可變分區(qū)05678182324293035File 1文件分配表圖 5-16 基于可變分區(qū)的索引分配105索引分配索引分配總結總結106索引分配索引分配優(yōu)點優(yōu)點107索引分配索引分配缺點缺點108空閑空間的管理空閑空間的管理109空閑分區(qū)表空閑分區(qū)表表 5.2 空閑分區(qū)表110空閑分區(qū)表空閑分區(qū)表使用過程使用過程111空閑分區(qū)表的空閑分區(qū)表的實現及問題實現及問題112空閑分區(qū)鏈表空

14、閑分區(qū)鏈表0154182247head圖 5-17 空閑分區(qū)鏈表起始塊號分區(qū)長度113空閑分區(qū)鏈表空閑分區(qū)鏈表優(yōu)點優(yōu)點114空閑分區(qū)鏈表空閑分區(qū)鏈表問題問題115空閑分區(qū)鏈表空閑分區(qū)鏈表問題（續(xù)）問題（續(xù)）116索引索引117空閑分區(qū)索引表空閑分區(qū)索引表0567811917182324293035File 1File 2File 3File 4表5.4 空閑分區(qū)索引表118位示圖位示圖011110000111111111001111000000011111圖 5-17 位示圖119位示圖位示圖實現過程實現過程120位示圖的大小位示圖的大小121位置圖管理的位置圖管理的問題問題122位置圖管理問

15、題的位置圖管理問題的解決方案解決方案5.7 邏輯文件與物理數據塊之邏輯文件與物理數據塊之間的轉換間的轉換124字節(jié)流字節(jié)流數據塊之間的轉換數據塊之間的轉換125字節(jié)流字節(jié)流數據塊轉換示意圖數據塊轉換示意圖b0b1b2b3bi文件指針無結構文件流塊轉換器物理數據塊圖 5.19a 字節(jié)流文件與數據塊之間的轉換接口操作系統(tǒng)提供126記錄記錄數據塊之間的轉換數據塊之間的轉換127記錄記錄數據塊轉換示意圖數據塊轉換示意圖有結構文件記錄塊轉換器物理數據塊圖 5.19b 有結構文件與數據塊之間的轉換接口操作系統(tǒng)提供128字節(jié)流、記錄與數據塊轉換字節(jié)流、記錄與數據塊轉換總結總結129記錄如何組成數據塊記錄如何

16、組成數據塊 -數據塊的大小數據塊的大小130記錄如何組成數據塊記錄如何組成數據塊 -數據塊的大?。ɡm(xù)）數據塊的大小（續(xù)）131如何將記錄組織成數據塊如何將記錄組織成數據塊 -記錄如何存儲到數據塊記錄如何存儲到數據塊132固定組塊法（固定組塊法（Fixed blocking）R1R2R3R4R5R6R7R8Ri記錄硬件設計間隙內部碎片圖 5-20a 固定組塊法示意圖133可變長跨塊組塊法可變長跨塊組塊法（Variable-length spanned blocking）R1R2R3 R4R5R7R7R9圖 5-20b 可變長跨塊組塊法示意圖R3R5R6R8Ri記錄硬件設計間隙內部碎片134可變長

17、跨塊組塊法可變長跨塊組塊法問題問題135可變長可變長非非跨塊組塊法（跨塊組塊法（Variable-length unspanned blocking）R1R2R3R4R5R7R8Ri記錄硬件設計間隙內部碎片圖 5-20c 可變長非跨塊組塊法示意圖R6136小結小結有結構文件與文件系統(tǒng)。堆文件、順序文件、索引順序文件、索引件、直接文件。分配方案：預分配、動態(tài)分配。分配技術：連續(xù)分配、鏈接分配、索引分配。空閑空間管理：空閑分區(qū)表、鏈表、索引、位示圖。字節(jié)流、記錄與數據塊的轉換：流-塊，記錄-塊。記錄組織成數據塊：固定組塊、可變長跨/非跨塊。5.8 文件共享文件共享138文件共享的控制文件共享的控制

18、139控制同時存取控制同時存取140控制存取權限控制存取權限141控制存取權限（續(xù)）控制存取權限（續(xù)）142控制存取權限（續(xù)控制存取權限（續(xù)2）143控制存取權限控制存取權限注意注意144文件共享的實現文件共享的實現145利用利用鏈接目錄項鏈接目錄項實現文件共享實現文件共享146鏈接目錄項實現共享示意圖鏈接目錄項實現共享示意圖BOOTABCA1A2A3B1C1C2C3C31圖 5-21 鏈接目錄項實現文件共享147基本文件目錄實現文件共享基本文件目錄實現文件共享148基于基于BFD實現文件共享示意圖實現文件共享示意圖基本文件目錄ID物理位置空文件目錄FFDUSER1的SFD主文件目錄MFDUS

19、ER2的SFDF1F1/H1H2圖5-22 利用基本文件目錄實現文件共享系統(tǒng)賦予系統(tǒng)賦予149利用索引節(jié)點實現文件共享利用索引節(jié)點實現文件共享150索引節(jié)點實現文件共享示意圖索引節(jié)點實現文件共享示意圖文件名 索引指針I(yè)節(jié)點I節(jié)點User1 文件目錄文件名 索引指針I(yè)節(jié)點I節(jié)點User2 文件目錄Count物理地址.文件共享索引節(jié)點圖 5-23 利用索引節(jié)點實現文件共享索引節(jié)點151利用利用URL實現文件共享實現文件共享152例：利用例：利用URL實現文件共享實現文件共享HTTP(Hyper Text Transfer Protocol):超文本傳輸協(xié)議-是WWW的服務文件訪問協(xié)議。是WWW的服

20、務器域名。該主機templates/indes2k3文件目錄下有超文本文件index.html。153利用利用URL共享文件實現方法共享文件實現方法154利用利用URL共享文件實現（續(xù)）共享文件實現（續(xù)）5.9 文件保護與安全文件保護與安全156文件保護文件保護157文件保護（續(xù)）文件保護（續(xù)）158文件保護（續(xù)文件保護（續(xù)2）159安全性管理安全性管理160系統(tǒng)級安全管理系統(tǒng)級安全管理161系統(tǒng)級安全管理（續(xù)）系統(tǒng)級安全管理（續(xù)）162系統(tǒng)級安全管理（續(xù)系統(tǒng)級安全管理（續(xù)2）163用戶級管理：用戶級管理：用戶分類用戶分類164用戶級管理：用戶級管理：文件訪問權限文件訪問權限165目錄級安全管

21、理目錄級安全管理166目錄級安全管理（續(xù)）目錄級安全管理（續(xù)）167文件級安全管理文件級安全管理執(zhí)行：只允許用戶執(zhí)行文件，主要是.exe和.com文件。隱含：指定隱含文件。索引：指定索引文件。修改：表示文件自上次備份以來是否修改過。只讀：只允許用戶讀的文件。讀/寫：允許用戶讀、寫的文件。共享：指定文件可被多用戶（進程）共享。系統(tǒng)：指定系統(tǒng)文件。168文件級安全管理（續(xù)）文件級安全管理（續(xù)）5.10 文件系統(tǒng)的可靠性文件系統(tǒng)的可靠性170保護文件系統(tǒng)的方法保護文件系統(tǒng)的方法171系統(tǒng)備份系統(tǒng)備份172雙硬盤數據備份系統(tǒng)示意圖雙硬盤數據備份系統(tǒng)示意圖數據區(qū)備份區(qū)數據區(qū)備份區(qū)硬盤0硬盤1圖5-25

22、雙硬盤互為后備系統(tǒng)173雙硬盤數據備份雙硬盤數據備份方案方案174文件系統(tǒng)數據的一致性文件系統(tǒng)數據的一致性175例：文件系統(tǒng)數據一致性例：文件系統(tǒng)數據一致性176解決方案：解決方案：用戶用戶A的文件數據不一致的文件數據不一致177文件系統(tǒng)的一致性檢查文件系統(tǒng)的一致性檢查1.磁盤塊的一致性檢查2.文件的一致性檢查178磁盤塊的一致性檢查磁盤塊的一致性檢查179磁盤塊一致性檢查的磁盤塊一致性檢查的實現實現180磁盤塊一致性檢查的磁盤塊一致性檢查的實現實現（續(xù)）（續(xù)）181例：例：數據一致數據一致磁盤塊號0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15數據塊空閑塊1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0圖5-26 （a） 文件系統(tǒng)數據一致性檢查（正常情況）182例：例：數據不一致數據不一致磁盤塊號0 1