計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)-第六章-文件管理

1、第六章 文件管理現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，大量的程序和數(shù)據(jù)都是以文件的形式存放在外存中。OS相應(yīng)的增加了文件管理功能，即構(gòu)成一個(gè)文件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保持?jǐn)?shù)據(jù)的安全性和一致性。提高了系統(tǒng)資源的利用率。第六章 文件管理數(shù)據(jù)一致性控制目錄管理外存分配方式文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件和文件系統(tǒng)1、文件和文件系統(tǒng)引言1、文件和文件系統(tǒng)文件的定義文件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信息存放的一種組織形式，是具有文件名的若干相關(guān)元素的集合。元素通常是記錄，而記錄又是一組有意義的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合。1、文件和文件系統(tǒng)文件的定義數(shù)據(jù)項(xiàng)：最低級(jí)的數(shù)據(jù)組織形式。記錄：一組相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，用于描述一個(gè)對(duì)象在某方面的屬性。文件：指由創(chuàng)建者所定義的

2、、具有文件名的一組相關(guān)元素的集合。1、文件和文件系統(tǒng)文件的命名各個(gè)操作系統(tǒng)的文件命名規(guī)則略有不同，即文件名的格式和長(zhǎng)度因系統(tǒng)而異。 一般來(lái)說(shuō)，文件名由文件名和擴(kuò)展名兩部分組成，中間用“ ”隔開(kāi)。它們都是字母或數(shù)字組成的字母數(shù)字串。擴(kuò)展名也稱為文件后綴，利用擴(kuò)展名可以區(qū)分文件的屬性。1、文件和文件系統(tǒng)文件的分類DOS、WINDOWS系統(tǒng)中文件名： 文件名 文件擴(kuò)展名文件名是一個(gè)不大于8個(gè)字符的字符串，但WINDOWS系統(tǒng)中允許超長(zhǎng)文件名，最多可有256個(gè)字符，不區(qū)分英文字母的大小寫。1、文件和文件系統(tǒng)文件的分類按文件的性質(zhì)和用途分：系統(tǒng)文件：只允許用戶調(diào)用，不允許讀寫。如內(nèi)核、系統(tǒng)應(yīng)用程序。用戶

3、文件：如源程序、目標(biāo)程序。庫(kù)文件：只允許用戶讀/執(zhí)行，不允許修改。如C子程序庫(kù)。1、文件和文件系統(tǒng)文件的分類按文件的數(shù)據(jù)形式分：源文件目標(biāo)文件可執(zhí)行文件按存取控制屬性分：只執(zhí)行文件只讀文件讀寫文件2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件存在兩種結(jié)構(gòu)：邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。文件的邏輯結(jié)構(gòu)：從用戶角度看到的文件面貌。即用戶對(duì)信息進(jìn)行邏輯組織形成的文件結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)：文件在物理存儲(chǔ)器中的組織形式。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件的邏輯結(jié)構(gòu)的類型無(wú)結(jié)構(gòu)文件：由字符流構(gòu)成的文件，長(zhǎng)度以字節(jié)為單位。如源程序、可執(zhí)行文件、庫(kù)函數(shù)等。有結(jié)構(gòu)文件：由一個(gè)以上的記錄構(gòu)成的文件。定長(zhǎng)記錄或不定長(zhǎng)記錄式文件。如數(shù)據(jù)庫(kù)中的表。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄

4、組織方式順序文件：從開(kāi)始位置順序讀取字符/記錄。對(duì)流式文件：讀寫指針自動(dòng)前移指向下次存取的位置。對(duì)記錄式文件：記錄的組織和存取如下2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄組織方式對(duì)于定長(zhǎng)記錄，某記錄的地址LA=記錄號(hào)i*記錄長(zhǎng)度m。對(duì)于變長(zhǎng)記錄，常采用索引表，索引表本身按關(guān)鍵字排序。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄組織方式索引文件：對(duì)于變長(zhǎng)記錄，常采用索引表，索引表本身按關(guān)鍵字排序。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄組織方式索引順序文件：將順序文件中的所有記錄分為若干個(gè)組；為順序文件建立一張索引表，在索引表中為每組中的第一個(gè)記錄建立一個(gè)索引項(xiàng)。檢索效率N3、外存分配方式考慮的問(wèn)題：怎樣才能有效地利用外存空間和如何提高對(duì)文件的訪問(wèn)速度

5、。目前常用的外存分配方法有：順序分配(連續(xù)分配)鏈接分配索引分配3、外存分配方式文件的物理結(jié)構(gòu)直接與外存分配方式有關(guān)。采用不同分配方式將形成不同的文件結(jié)構(gòu)。目前常用的外存分配方法有：連續(xù)分配順序結(jié)構(gòu)鏈接分配鏈接結(jié)構(gòu)索引分配索引結(jié)構(gòu)3、外存分配方式連續(xù)分配(Continuous Allocation)要求為每一個(gè)文件分配一組相鄰接的盤塊。 保證了邏輯文件中的記錄順序與存儲(chǔ)器中文件占用盤塊的順序一致性。簡(jiǎn)單：(起始?jí)K號(hào)，塊數(shù))；隨機(jī)訪問(wèn)；尋道少磁盤外碎片多，文件不能動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)3、外存分配方式連續(xù)分配(Continuous Allocation)3、外存分配方式鏈接分配(Chained Allocat

6、ion)通過(guò)在每個(gè)盤塊上的指針，將同屬于一個(gè)文件的多個(gè)離散的盤塊鏈接成一個(gè)鏈表，把這樣形成的物理文件稱為鏈接文件。簡(jiǎn)單；沒(méi)有外碎片；可動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)；不能隨機(jī)訪問(wèn)3、外存分配方式鏈接分配(Chained Allocation)3、外存分配方式索引分配為每個(gè)文件分配一個(gè)索引塊(表)，再把分配給該文件的所有盤塊號(hào)，都記錄在該索引塊中。隨機(jī)訪問(wèn)，尋道多，需額外訪問(wèn)索引塊。沒(méi)有外碎片，但增加了索引塊的開(kāi)銷。3、外存分配方式索引分配3、外存分配方式索引分配3、外存分配方式索引分配混合索引4、目錄管理文件目錄：是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中的文件及物理地址，供檢索時(shí)使用。目錄管理要求：實(shí)現(xiàn)按名存取；提高檢索速度

7、；文件共享；允許文件重名。4、目錄管理文件目錄的組成：文件控制塊(FCB)：文件屬性的集合。文件控制塊的有序集合稱為文件目錄。通常一個(gè)文件目錄也被看做是一個(gè)文件，稱為目錄文件。組成：基本信息、存取控制信息、使用信息基本信息：文件名、文件物理位置、文件邏輯結(jié)構(gòu)、文件的物理結(jié)構(gòu)。存取控制信息：存取權(quán)限。使用信息：建立時(shí)間、修改時(shí)間、當(dāng)前信息。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：?jiǎn)渭?jí)目錄結(jié)構(gòu)：每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上只建立一張線性目錄表，為每個(gè)文件分配一個(gè)FCB。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：?jiǎn)渭?jí)目錄結(jié)構(gòu)：每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上只建立一張線性目錄表，為每個(gè)文件分配一個(gè)FCB。文件名唯一，不允許重名。不便于實(shí)現(xiàn)共享。查找速度慢。4、

8、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：為每個(gè)用戶建立一個(gè)單獨(dú)的用戶文件目錄UFD(User File Directory)，系統(tǒng)再建立一個(gè)主文件目錄MFD(Master File Directory),每個(gè)用戶目錄文件都占有一個(gè)目錄項(xiàng)。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：每個(gè)用戶一個(gè)單獨(dú)目錄。提高了檢索目錄的速度：m個(gè)用戶，每個(gè)用戶n個(gè)文件，平均搜索(m+n)/2個(gè)FCBs。不同的目錄中，可以使用相同的文件名。不同用戶還可以使用不同的文件名來(lái)訪問(wèn)系統(tǒng)中的同一個(gè)共享文件。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：樹(shù)型目錄。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：目錄結(jié)構(gòu)：樹(shù)型目錄。路徑名：從根目

9、錄到任何數(shù)據(jù)文件，都只有一條唯一的通路。當(dāng)前目錄：把從當(dāng)前目錄開(kāi)始直到數(shù)據(jù)文件為止所構(gòu)成的路徑名，稱為相對(duì)路徑；而把從樹(shù)根開(kāi)始的路徑名稱稱為絕對(duì)路徑。5、數(shù)據(jù)一致性控制當(dāng)把一個(gè)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到多個(gè)文件中時(shí)，便可能使數(shù)據(jù)一致性出現(xiàn)問(wèn)題。解決辦法：事務(wù)并發(fā)控制重復(fù)數(shù)據(jù)一致性5、數(shù)據(jù)一致性控制事務(wù)：用于訪問(wèn)和修改各種數(shù)據(jù)項(xiàng)的一個(gè)程序單位。被訪問(wèn)的數(shù)據(jù)可以分散地存放在同一文件的不同記錄中，也可放在多個(gè)文件中。只有對(duì)分布在不同位置的同一數(shù)據(jù)所進(jìn)行的讀和寫操作全部完成時(shí)，才能再以提交操作(Commit Operation)來(lái)終止事務(wù)。只要有一個(gè)失敗，便須執(zhí)行取消操作(Abort Operation)。原子性

10、5、數(shù)據(jù)一致性控制事務(wù)：事務(wù)記錄：事務(wù)名、數(shù)據(jù)項(xiàng)名、舊值、新值。存放在穩(wěn)定存儲(chǔ)器中，用來(lái)記錄在事務(wù)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)項(xiàng)修改的全部信息，故又稱為運(yùn)行記錄(Log)。恢復(fù)算法：Undo.該過(guò)程把所有被事務(wù)Ti修改過(guò)的數(shù)據(jù)，恢復(fù)為修改前的值。Redo.該過(guò)程能把所有被事務(wù)Ti修改過(guò)的數(shù)據(jù)，設(shè)置為新值。5、數(shù)據(jù)一致性控制并發(fā)控制：多用戶環(huán)境下，各事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)的修改是互斥的，只有在一個(gè)事務(wù)執(zhí)行完后，才允許另一事務(wù)執(zhí)行。人們把這種特性稱為順序性(Serializability)。把用于實(shí)現(xiàn)事務(wù)順序性的技術(shù)稱為并發(fā)控制(Concurrent Control)。利用互斥鎖實(shí)現(xiàn)“順序性”。利用互斥鎖和共享鎖實(shí)現(xiàn)順序性。

11、5、數(shù)據(jù)一致性控制并發(fā)控制：利用互斥鎖實(shí)現(xiàn)“順序性”：為每一個(gè)共享對(duì)象設(shè)置一把互斥鎖。當(dāng)一事務(wù)要去訪問(wèn)某對(duì)象時(shí)，應(yīng)先獲得對(duì)象的互斥鎖，將該對(duì)象鎖住，執(zhí)行操作，其它事務(wù)由于未能獲得該鎖而不能訪問(wèn)該對(duì)象。5、數(shù)據(jù)一致性控制并發(fā)控制：利用互斥鎖和共享鎖實(shí)現(xiàn)順序性：共享鎖與互斥鎖的區(qū)別在于互斥鎖僅允許一個(gè)事務(wù)對(duì)相應(yīng)對(duì)象執(zhí)行讀或?qū)懖僮?，而共享鎖則允許多個(gè)事務(wù)對(duì)相應(yīng)對(duì)象執(zhí)行讀操作，而不允許其中任何一個(gè)事務(wù)對(duì)對(duì)象執(zhí)行寫操作。執(zhí)行讀操作，則只需獲得共享鎖，若已被互斥鎖鎖住，等待。執(zhí)行寫操作，還需獲得互斥鎖。5、數(shù)據(jù)一致性控制重復(fù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題：為了保證數(shù)據(jù)的安全性，最常用的做法是把關(guān)鍵文件或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)制多份，分別存儲(chǔ)到不同的地方，當(dāng)主文件失效時(shí)，還有備份文件可以使用。習(xí)題如果塊長(zhǎng)4KB(即索引塊和數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)4K)，每個(gè)指針4B，則采用這種索引分配時(shí)，允許的文件最大尺寸是多少？ 答案：4KB*（4KB/4B）=4MB習(xí)題設(shè)物理塊大小為512B，某目錄下有128個(gè)文件。原來(lái)的FCB占64B，那么該目錄需占用多少個(gè)物理塊？查找一個(gè)文件的平均訪盤次數(shù)為多少？每個(gè)物理塊能容納 512/64=8 個(gè)FCB，則該目錄文件需占128/8=16 塊，查找一個(gè)文件的平均訪盤次數(shù)為: (1+16)/2=8.5次。習(xí)題填空題1.根據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)，文件分為（）和記錄式