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1、4.2 4.2 文件的组织结构及存取方法文件的组织结构及存取方法 文件组织结构分为文件的逻辑结构（file logical structure）和文件的物理结构（file physical structure）。前者是从用户的观点出发，所看到的是独立于文件物理特性的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构。而后者则是文件在外存上具体的存储结构。 4.2.1 4.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 所谓文件的逻辑结构就是从用户观点出发所见到的文件结构。它通常分为两种形式：记录式文件和流式文件。 记录式文件在逻辑上总是被看成一组顺序的记录集合，是一种有结构的文件组织，它又分成定长记录文件和
2、变长记录文件。 而流式文件又称无结构文件，是指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组合成的有序字符流。这种文件的长度直接按字节计算。4.2.2 4.2.2 文件的物理结构文件的物理结构 文件的物理结构则是指文件在外部存储介质上的存放形式，也叫文件的存储结构。它对文件的存取方法有较大的影响。 文件在逻辑上看都是连续的，但在物理介质上存放时却不一定连续。 下面是几种基本的文件物理存储组织形式。1.1.连续文件连续文件 连续文件是基于磁带设备的最简单的物理文件结构，它是把一个逻辑上连续的文件信息存放在连续编号的物理块中。 例如文件file1长度为2500字节，存放在连续分块的磁带上，每块大小设为
3、512字节，这样它要占用5块。设首块编号是11，file1在带上的存放形式如图4.3所示。首块编号首块编号11文件长度文件长度5 11 12 13 14 15 文件文件说明说明磁带磁带file1图图4.3 连续文件存放形式连续文件存放形式 连续文件的优点是在顺序存取时速度较快，常用于存放系统文件，如操作系统文件、编译程序文件和其它由系统提供的实用程序文件。因为这类文件往往被从头至尾依次存取。 也存在如下缺点： 第一，要求建立文件时就确定它的长度，依此来分配相应的存储空间，这往往很难实现。 第二，它不便于文件的动态扩充。 第三，可能出现外部碎片，就是在存储介质上存在很多空闲块，但它们都不连续，无
4、法被连续文件使用，造成浪费。2.2.串连文件串连文件 为了使系统能找到下一个逻辑块所在的物理块，可在各物理块中设立一个指针（称为连接字），它指示该文件的下一个物理块，如图4.4所示。 文件A在逻辑上有3块：02块；而对应的物理块号却是90、65和71，最后一块的连接字为NULL，表示该块是文件结尾，即没有后继块。 新的问题 ： 一般仅适于对信息的顺序访问，而不利于对文 件的随机存取。 每个物理块上增加了一个连接字，为信息管理添加了一些麻烦。首物理块首物理块9090块块6565块块7171块块Null文件文件A的说明的说明图图4.4 串联文件串联文件3.3.索引文件索引文件 索引文件是实现非连续
5、分配的另一种方案：系统为每个文件建立一个索引表，其中的表项指出存放该文件的各个物理块号，而整个索引表由文件说明项指出，如图4.5所示。 这种结构除了具备串连文件的优点之外，还克服了它的缺点，它可以方便地进行随机存取。 但是这种组织形式需要增加索引表，增加了空间开销。 A文件的索引文件的索引指针指针257348NULL25块块48块块73块块0123图图4.5 索引文件索引文件4.4.多重索引文件多重索引文件 当文件很大时，不仅存放文件信息需要大量盘块，而且相应的索引表也必然很大。例如，若盘块大小为1KB，那么长度为100KB的文件就需要100个盘块，索引表至少包含100项；若文件大小为1000
6、KB，则相应索引表项要有1000项。设盘块号用4B表示，上述第二种情况下，索引表就至少占用4000B（约4KB）。 很显然，在这种情况下把索引表整个放在内存是不合适的，而且不同文件的大小不同，文件在使用过程中很可能需要扩充空间。 单索引表结构已无法满足灵活性和节省内存的需要，为此人们提出多重索引结构（又称多级索引结构）。 这种方法具有一般索引文件的优点，但也存在着间接索引需要多次访问磁盘而影响速度的缺点。4.2.3 4.2.3 文件的存取方法文件的存取方法1.1. 顺序存取方法顺序存取方法进程从文件开始处顺序读取文件中所有字节或者记录，不能够跳过某些内容，也不能够非顺序读取，即按照逻辑顺序依次
7、存取文件中的内容。这种存取方式最为简单，在以磁带为存储介质的系统中，用这种顺序存取方法是非常方便的。对文件的大量操作是读和写。可以用一个读写指针rp指向下一次要读出的记录的起始地址，那么当该记录读出后，对rp作相应的修改。例如对定长记录文件，有 rpi+1=rpi+L其中，L是记录长度。 2. .随机存取方法随机存取方法 随机存取是把文件视为带有编号的块或记录，每块的大小通常是一样的，它们被操作系统作为最小的定位单位。 随机存取文件允许随意读出或写入块，对文件的存取不限定顺序 对于变长记录结构的文件，用计算从头至指定记录的长度来确定读写位移的方式是很不方便的，通常采用索引表组织方式，如图4.6所示。 L0L1LiR0R1Ri 01 i索引号索引号长度长度指针指针索引表索引表逻辑文件逻辑文件图图4.6 变长记录文件变长记录文件3. 3. 其它存取方法其它存取方法4. 4. 成块和缓冲成块和缓冲 磁盘系统是典型的成块I/O系统：由扇区大小来定义物理块的大小，所有的磁盘I/O都以块为基本单位，各块大小相同。 文件逻辑记录的大小并不一定恰好等于物理块的大小。逻辑记录的长度甚至可以是变化的。 文件信息的传输是经过缓冲区的：读文件时，先把数据从盘块送到缓冲区，再由缓冲区传到指定内存中；写文件的数据流向恰好与之相反。为了管理方便，缓冲区的大小一般与物理盘块大小相同。