第5章文件管理

1、第五章文件管理25.1 文件文件5.1.1 文件定義文件定義 文件：以文件名字標(biāo)識的在計算機上存儲的信息集合。文件：以文件名字標(biāo)識的在計算機上存儲的信息集合。 文件包括兩部分 文件體 文件說明 文件靜態(tài)信息的描：包括文件的基本信息、存取控制信息和文件使用信息等。 FCB文件控制塊：存放文件說明全部信息。35.1.2 文件分類文件分類 按文件性質(zhì)和用途分類按文件性質(zhì)和用途分類(*) 按文件保護方式分類（按文件保護方式分類（*） 按文件的邏輯存儲結(jié)構(gòu)分類按文件的邏輯存儲結(jié)構(gòu)分類 有結(jié)構(gòu)文件：由若干個記錄構(gòu)成的文件，又稱記錄式文件； 無結(jié)構(gòu)文件：由字符序列所構(gòu)成的文件，又稱為流式文件。4 按用戶觀點

2、分類按用戶觀點分類普通文件(常規(guī)文件) ：是指系統(tǒng)中最一般組織格式的文件，一般是字符流組成的無結(jié)構(gòu)文件；目錄文件：是由文件的目錄信息構(gòu)成的特殊文件，操作系統(tǒng)將目錄也做成文件；特殊文件（設(shè)備驅(qū)動程序）：在UNIX或Linux操作系統(tǒng)中，所有的輸入輸出外部設(shè)備都被看作特殊文件便于統(tǒng)一管理。 5 按存取的物理結(jié)構(gòu)分類(詳見后面章節(jié))順序（連續(xù)）文件：鏈接文件：索引文件：65.1.3 文件操作文件操作 分類 關(guān)于文件的創(chuàng)建、打開、關(guān)閉、讀寫、以及刪除的服務(wù)； 關(guān)于設(shè)置和修改用戶對文件的存取權(quán)限的服務(wù)； 關(guān)于目錄的建立、改變、刪除的服務(wù)； 關(guān)于文件共享、設(shè)置訪問路徑等的服務(wù)。 實現(xiàn)方式 操作命令 系統(tǒng)調(diào)

3、用7 Linux操作命令 Linux 文件系統(tǒng)調(diào)用 Open Close Read Write Lseek：文件隨機存取85.2 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng) 操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存取文件信息的軟件 主要功能 實現(xiàn)“按名存取”。用戶按照可見的文件邏輯結(jié)構(gòu)提供的方式進行信息的加工和存取。這種邏輯結(jié)構(gòu)獨立于物理存儲設(shè)備，對用戶透明，用戶不必了解文件存取的物理細節(jié)，由文件系統(tǒng)進行文件名到文件存儲設(shè)備物理地址的映射。 合理存放文件，對磁盤等外存空間進行統(tǒng)一管理。用戶創(chuàng)建文件時為其分配外存空間，用戶刪除或修改文件時回收或調(diào)整其外存空間，以提高外存空間的利用率。9 提供合適的文件物理結(jié)構(gòu)。文件在物理設(shè)備上的

4、存放方式稱為文件的物理結(jié)構(gòu)，一個好的文件物理結(jié)構(gòu)會給系統(tǒng)帶來好的空間和時間利用率。 實現(xiàn)對文件及文件目錄的管理。 提供用戶接口。如鍵盤命令、圖形菜單、批處理和系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，均由文件系統(tǒng)提供。 提供有關(guān)文件自身的服務(wù)，如文件的共享和保護以及文件完整性控制等。105.3 文件邏輯結(jié)構(gòu)文件邏輯結(jié)構(gòu) 5.3.1 邏輯結(jié)構(gòu)類型邏輯結(jié)構(gòu)類型 文件的結(jié)構(gòu)：文件的組織形式 邏輯結(jié)構(gòu)。這是從用戶觀點出發(fā)，觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)。 物理結(jié)構(gòu)。文件在外存上的存儲組織形式 ，指在保證文件邏輯一致性的分配方式下所形成的文件結(jié)構(gòu)，對于用戶透明。文件磁盤文件存入取出保證邏輯一致性保證邏輯一致

5、性11 文件的邏輯結(jié)構(gòu)分類： 字符流式 由字符序列組成的文件，是無結(jié)構(gòu)文件，其內(nèi)部信息不再劃分結(jié)構(gòu)，也可以理解為該文件的基本信息單位是字符。 記錄式文件 有結(jié)構(gòu)文件。其文件信息被劃分為若干條記錄，用戶以記錄為單位組織信息。12文件的物理結(jié)構(gòu)分類(復(fù)習(xí))順序（連續(xù)）文件鏈接文件索引文件13 連續(xù)文件 將一個邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放到連續(xù)的物理塊中。 文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 起始塊號 文件長度14 例文件A的邏輯塊號為0、1、2、3，其連續(xù)文件的物理結(jié)構(gòu)如下圖所示。 優(yōu)點：簡單，不占用額外的存儲空間，對連續(xù)存取有最好的時空效率。 缺點：時間開銷大。對數(shù)據(jù)進行增刪改動，完成操作后仍需保持物理上的連續(xù)，大量

6、的物理塊移動導(dǎo)致。15 鏈接文件 采用物理上不連續(xù)的塊存放文件，并使用指針實現(xiàn)各塊間邏輯上的連續(xù)性。 上例中，文件A如果采用串聯(lián)分配，其物理存儲結(jié)構(gòu)如下圖所示。16 優(yōu)點 使用串聯(lián)文件結(jié)構(gòu)時，只需提供該文件的第一個物理塊號，無須提供文件長度。 串聯(lián)文件結(jié)構(gòu)下，文件長度可以動態(tài)增長，增刪方便，只要調(diào)整指針就可以方便地插入或刪除信息塊。 缺點 由于邏輯塊號到物理塊號的轉(zhuǎn)換需要由第一塊開始，依照指針的指引，在隊列中逐塊查詢，而每獲取一個指針值都必須讀一次物理塊。 對磁盤等設(shè)備而言，為了讀取某個數(shù)據(jù)塊可能造成磁頭大幅度移動而花費很多的時間開銷。所以該文件結(jié)構(gòu)查詢效率極低。 串聯(lián)分配適于邏輯上連續(xù)，且存

7、取也是順序訪問的文件。串聯(lián)結(jié)構(gòu)不適合隨機存取。17索引文件 每個文件對應(yīng)一個索引表，索引表描述邏輯塊與物理塊的映射關(guān)系。 索引表的結(jié)構(gòu)：邏輯塊號及對應(yīng)的物理塊號 上例中的文件A如果采用索引結(jié)構(gòu)，其文件物理結(jié)構(gòu)如下圖所示。18 優(yōu)點：既適用于順序存取也適用于隨機存取，且時間效率高。 缺點： 需要付出索引表占用的存儲空間 由于索引表存放在外存，所以訪問索引表會增加讀盤次數(shù) 當(dāng)文件很大時，其索引表項也相應(yīng)增長，使得查詢效率下降。 解決方法：采用多級索引方式。 多級索引：當(dāng)某級索引表很長時，在該級索引的基礎(chǔ)上再建一級索引，形成一個索引樹，以提高查詢效率。 問題：建立更多的索引表，占用更多的磁盤空間；每

8、查詢一級索引表就要訪問一次外存，因而存取一個數(shù)據(jù)塊就要相應(yīng)增加一次讀盤次數(shù)。 解決方法：將當(dāng)前已經(jīng)打開的文件的索引表放入內(nèi)存，以減少讀盤次數(shù)，提高訪問速度。195.4 文件分配文件分配 文件分配 文件在外存介質(zhì)上的存放方式。 存儲文件時如何記錄各個文件分別用到哪些磁盤塊，這種記錄各個文件分別用到哪些磁盤塊的方法就稱為文件分配方法。 文件分配方法 連續(xù)分配、串聯(lián)分配和索引分配205.4.1連續(xù)分配連續(xù)分配 連續(xù)分配：給文件分配一組連續(xù)的物理盤塊。14-16、19-24、28-31連續(xù)215.4.2鏈接分配鏈接分配 隱式鏈接：在文件目錄的每個目錄項中，都須含有指向鏈接文件第 一個盤塊和最后一個盤塊

9、的指針。 22 顯式鏈接：把用于鏈接文件各物理塊的指針，顯式地存放在內(nèi)存的一張鏈接表中。整個磁盤設(shè)置一張表。由于分配給文件的所有盤塊號都放在該表中，該表稱為文件分配表 。235.4.3索引鏈接分配索引鏈接分配 一級索引鏈接分配：為每個文件分配一個索引塊（表），把分配給該文件的所有盤塊號，都記錄在該索引塊中，文件目錄中則含有指向索引塊的指針。 索引塊文件目錄24 多級索引鏈接分配：索引塊太多時，應(yīng)為索引塊再建立一級索引，稱第一級索引，形成了兩級索引分配方式。 25 補充 文件存儲設(shè)備 磁盤、磁帶、光盤等，其中磁盤又可以分為硬盤、軟盤和U盤。 存儲設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)和存取方法 (存儲設(shè)備的特性決定了文

10、件可能的物理結(jié)構(gòu)和存取方法) 分類 順序存取設(shè)備 直接存取設(shè)備26順序存取設(shè)備 磁帶是一種典型的順序存儲設(shè)備。 特點：從前到后依次訪問物理塊 結(jié)構(gòu)： 存儲塊、間隔交替（如下圖） 為了讓磁帶機在存取物理塊時有加速和停止的緩沖區(qū)域，磁帶上兩個相鄰物理塊之間設(shè)計了一個間隔將它們隔開。 與存取速度和數(shù)據(jù)傳輸率相關(guān)的因素： 信息密度（字符數(shù)英寸） 磁帶帶速（英寸秒） 塊間間隔27直接存取設(shè)備 磁盤是典型的直接存取設(shè)備。 特點：該設(shè)備允許文件系統(tǒng)直接存取磁盤上的任意物理塊。訪問指定的物理塊時，磁頭可直接定位到目標(biāo)位置，無需磁帶順序設(shè)備那樣事先存取其前面的物理塊。 結(jié)構(gòu)：磁盤一般由若干盤片組組成。每個盤片被

11、格式化為若干磁道，每磁道又被分割為若干扇區(qū)，每扇區(qū)存放相同容量的信息。多個盤面的同一磁道形成同一個柱面。其中每個盤片對應(yīng)一個裝有讀寫磁頭的磁頭臂，由磁頭臂上兩個讀寫磁頭分別對磁盤片的上下兩面進行讀寫。所以，磁盤上每個物理盤塊的位置可以由柱面號、磁頭號和扇區(qū)號表示。磁盤結(jié)構(gòu)如圖所示。285.5 目錄管理目錄管理5.5.1 目錄管理的要求（目錄管理的要求（*）295.5.2 文件控制塊文件控制塊FCB和索引結(jié)點和索引結(jié)點 FCB 基本信息 文件名 文件物理位置： 文件結(jié)構(gòu)：指示文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。 存取控制信息 使用信息305.5.4 目錄結(jié)構(gòu)目錄結(jié)構(gòu) 目錄結(jié)構(gòu)：目錄文件的組織形式 分類：一

12、級目錄、二級目錄和多級目錄 一級目錄 思想：把所有的文件都登記在一張目錄表中，按文件名查找目錄得到文件存放的地址。 操作： 建立一個新文件時就在文件目錄中增加一個目錄項； 每當(dāng)刪去一個文件時就在文件目錄中刪去該文件的目錄項。31 二級文件目錄 第一級為系統(tǒng)目錄，也稱為主目錄(MFD)，它包含了用戶目錄名和指向該用戶目錄文件的指針； 第二級為用戶目錄(UFD)，它包含了該用戶所有文件的文件目錄項。32 多級文件目錄結(jié)構(gòu) 采用樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織。 文件的路徑名:由根目錄到該文件的路徑上所有目錄文件名和該文件的符號名組成，它是文件的外部標(biāo)識。 不在同一個子目錄下的文件允許同名。335.6 文件存儲空間

13、管理文件存儲空間管理 文件存儲空間的管理：實質(zhì)上是一個空閑塊的組織和管理問題，它包括空閑塊的組織，空閑塊的分配與空閑塊的回收等幾個問題。 管理外存空間的方法有空閑表法、位示圖法、空閑鏈表法以及鏈接索引表法等。345.7 文件的共享與保護文件的共享與保護 共享35 文件保護 根據(jù)不同的用戶對文件進行存取權(quán)限控制和保密控制。 保密：未經(jīng)文件所有者允許，任何用戶不得訪問被保護文件。 操作系統(tǒng)對于文件存取權(quán)限控制應(yīng)該作到以下幾點： 對于擁有讀、寫或執(zhí)行權(quán)限的用戶，應(yīng)該允許其對文件進行相應(yīng)權(quán)限的操作。 對于不具備讀、寫或執(zhí)行權(quán)限的用戶，應(yīng)該禁止其對文件進行相應(yīng)的操作。 應(yīng)該防止冒充其它用戶對文件進行存取

14、的行為。 應(yīng)該防止擁有存取權(quán)限的用戶誤用文件。36 操作系統(tǒng)提供的存取控制驗證模塊分三步驗證用戶的存取操作權(quán)限： 審定用戶的存取權(quán)限； 比較用戶權(quán)限的本次存取要求是否一致； 將存取要求與被訪問的文件的控制權(quán)限比較，看是否有沖突。37 操作系統(tǒng)通過以下四種方法實現(xiàn)文件的存取控制： 方法一：存取控制矩陣 存取控制矩陣用一個二維表格描述不同文件針對不同用戶的存取控制權(quán)限，當(dāng)用戶向文件系統(tǒng)提出存取某個文件的要求時，由存取控制模塊根據(jù)該矩陣中的內(nèi)容進行驗證，匹配則允許，不匹配則拒絕。用用戶戶權(quán)權(quán)限限文文件件名名WangZhangLia.cRWEREEb.cRWRRWEx.cERWEE38例：Linux采

15、用該方法，它將用戶分為三類：文件主、同組用戶和其它用戶，這樣，每個文件針對不同類型用戶的存取權(quán)限只需要9位二進制位即可描述。用用戶戶文文件件名名文件主文件主A組組B組組其它其它a.cRWERWEEb.cRWERWRx.cREENone方法二：存取控制表存取控制表以文件為單位，將用戶按某種方式劃分為若干類，按類進行存取控制權(quán)限的設(shè)定。39 方法三：口令 口令有兩種：一種用于設(shè)定用戶對計算機系統(tǒng)的使用權(quán)限，可由計算機系統(tǒng)的擁有者指派，用戶登錄系統(tǒng)時輸入口令并交由操作系統(tǒng)進行檢驗；另一種則是用戶創(chuàng)建文件時為文件設(shè)置的口令，該口令設(shè)定了用戶打開文件的權(quán)限。 口令方式簡單、快捷、易于實現(xiàn)，但是保密性能差，一旦口令被泄露，使用者將獲得文件主對文件的使用權(quán)限，沒有任何限制，因而保密級別低。 方法四：密碼（密碼學(xué)角度） 密碼具有很高的保密級別。用戶創(chuàng)建源文件，將其編碼加密后寫入磁盤存儲設(shè)備，讀出文件時需要對該密文進行譯碼解密。由于加密方法只有用戶自己知道，因此也只有用戶自己才能解密，使這種方法具有很高的密級。但這種方法需要花費加密和解密的系統(tǒng)時間開銷，所以一般情況下不會使用，只有需要高密級保護的文件才使用密碼進行加密。 40補充補充: : 文件完整性文件完整性 定義：是指文件的不失真性 分類