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1、第第5章章 文文 件件 系系 统统1 1本章讨论的主要问题本章讨论的主要问题 信息文件是计算机的重要软件资源，信息文件是计算机的重要软件资源，信息文件是计算机的重要软件资源，信息文件是计算机的重要软件资源，对信息的组织、存取和保存，是由文件系统实现对信息的组织、存取和保存，是由文件系统实现对信息的组织、存取和保存，是由文件系统实现对信息的组织、存取和保存，是由文件系统实现的。文件系统是的。文件系统是的。文件系统是的。文件系统是OSOSOSOS的重要组成部分。本章主要讨的重要组成部分。本章主要讨的重要组成部分。本章主要讨的重要组成部分。本章主要讨论以下问题：论以下问题：论以下问题：论以下问题：信
2、息的组织形式信息的组织形式 文件的结构文件的结构 信息的存取信息的存取 目录结构目录结构信息的存储信息的存储 磁盘的存储管理磁盘的存储管理信息的共享与保护信息的共享与保护 文件的共享与保护文件的共享与保护文件系统的构成文件系统的构成2 2本章内容:5.1 文件系统概述5.2 文件结构和文件存取5.3 文件目录和目录检索5.4 文件共享与保护的实现5.5 文件系统的用户接口3 35.1 文件系统概述文件系统概述软件资源的管理软件资源的管理软件资源包括：软件资源包括：各种系统程序、应用程序、用户程序与数据各种系统程序、应用程序、用户程序与数据存放位置及特点：存放位置及特点：如何解决存取位置的问题：
3、如何解决存取位置的问题：文件管理系统文件管理系统：操作系统中专门管理文件资源的：操作系统中专门管理文件资源的软件。软件。主要目的主要目的：给用户提供方便的存储、检：给用户提供方便的存储、检索、共享和保护的手段。索、共享和保护的手段。4 45.1.1 文件文件文件系统功能的实现基础：文件系统功能的实现基础：把软件组织成若干个逻辑单位把软件组织成若干个逻辑单位这些逻辑单位称为这些逻辑单位称为文件文件。文件文件：一个具有符号名的一组相关联的字符的有：一个具有符号名的一组相关联的字符的有序序列。序序列。具有一定逻辑意义的相互关联的信息（程具有一定逻辑意义的相互关联的信息（程序和数据等）的集合序和数据等
4、）的集合文件组成的基本单位：有序逻辑记录、无记录无文件组成的基本单位：有序逻辑记录、无记录无结构的相关联元素、慢速字符设备结构的相关联元素、慢速字符设备5 5文件的一些重要特性：文件的一些重要特性：1文件名文件名文件标识符、名字，区别不同文件的标识符号文件标识符、名字，区别不同文件的标识符号文件名是便于信息保存和读取的文件名是便于信息保存和读取的重要机制重要机制必须有文件的命名规则必须有文件的命名规则 文件名长度及大小写规定文件名长度及大小写规定两部分结构：两部分结构：扩展名的作用：扩展名的作用：6 6 2文件属性文件属性 给文件赋予的其它特征信息给文件赋予的其它特征信息包括文件当前的包括文件
5、当前的状态状态和使用和使用标志标志，有些系统将它，有些系统将它们和文件名一起放在特殊的数据结构中以便查们和文件名一起放在特殊的数据结构中以便查询。询。7 7DOS的文件属性每个文件都有一个记录文件名及所有属性的数据结构，称为目录项，由32个字节组成8 8文件的类型文件的类型从从系统角度系统角度来看：来看：正规文件正规文件 目录文件目录文件 设备文件（字符设备文件和块设备文件）设备文件（字符设备文件和块设备文件）正规文件从正规文件从内容内容来看：来看：ASCII码文件码文件 二进制文件二进制文件9 9正规文件的更多的分类：正规文件的更多的分类：正规文件的更多的分类：正规文件的更多的分类：(1)(
6、1)按按按按用途用途用途用途可以分为：可以分为：可以分为：可以分为：系统文件、库文件与用户文件。系统文件、库文件与用户文件。系统文件、库文件与用户文件。系统文件、库文件与用户文件。(2)(2)从从从从系统保护系统保护系统保护系统保护角度分为角度分为角度分为角度分为 ：只读文件、读写文件、不保护文件。只读文件、读写文件、不保护文件。只读文件、读写文件、不保护文件。只读文件、读写文件、不保护文件。(3)(3)按按按按文件物理结构文件物理结构文件物理结构文件物理结构分为：分为：分为：分为：连续文件、串联文件、索引文件、连续文件、串联文件、索引文件、连续文件、串联文件、索引文件、连续文件、串联文件、索
7、引文件、HashHash文件文件文件文件(4)(4)按按按按存放时间存放时间存放时间存放时间分为：分为：分为：分为：临时文件、永久文件、档案文件。临时文件、永久文件、档案文件。临时文件、永久文件、档案文件。临时文件、永久文件、档案文件。(5)(5)按按按按文件内部信息的结构文件内部信息的结构文件内部信息的结构文件内部信息的结构分为：分为：分为：分为：流式文件、记录文件。（程序、文本文件、数据流式文件、记录文件。（程序、文本文件、数据流式文件、记录文件。（程序、文本文件、数据流式文件、记录文件。（程序、文本文件、数据库文件）库文件）库文件）库文件）10105.1.2 文件系统文件系统 1文件系统
8、的概念文件系统的概念 是指操作系统中涉及到文件管理的那部分是指操作系统中涉及到文件管理的那部分软件、管理时用到的数据结构及其被管理的软件、管理时用到的数据结构及其被管理的文件。文件。用户的角度用户的角度看，文件系统的主要功能：看，文件系统的主要功能：“按名存取按名存取”1111从系统的角度从系统的角度看：看：文件系统是对文件存储器的存储空间进行文件系统是对文件存储器的存储空间进行组织、分配、回收，负责文件的存储并对存入组织、分配、回收，负责文件的存储并对存入的文件实施保护、检索的系统。的文件实施保护、检索的系统。具体地说，文件系统负责为用户建立文件，具体地说，文件系统负责为用户建立文件，存入、
9、读取、修改、转储文件，控制对文件的存入、读取、修改、转储文件，控制对文件的存取，当用户不再使用时撤消文件。存取，当用户不再使用时撤消文件。由此可见，文件系统是以对用户由此可见，文件系统是以对用户“透明透明”的方式实现对信息管理的一种有力的手段。的方式实现对信息管理的一种有力的手段。1212 2文件系统的功能文件系统的功能首要任务：解决对文件存储器空间的有效管理问题，首要任务：解决对文件存储器空间的有效管理问题，首要任务：解决对文件存储器空间的有效管理问题，首要任务：解决对文件存储器空间的有效管理问题，通常文件存储器上的物理空间是以物理块为单位进通常文件存储器上的物理空间是以物理块为单位进通常文
10、件存储器上的物理空间是以物理块为单位进通常文件存储器上的物理空间是以物理块为单位进行分配的，这是构成文件组织形式的主要依据。行分配的，这是构成文件组织形式的主要依据。行分配的，这是构成文件组织形式的主要依据。行分配的，这是构成文件组织形式的主要依据。第二个任务：文件的命名和共享问题，即解决文件命第二个任务：文件的命名和共享问题，即解决文件命第二个任务：文件的命名和共享问题，即解决文件命第二个任务：文件的命名和共享问题，即解决文件命名的冲突、重名及实现对文件共享的需要。名的冲突、重名及实现对文件共享的需要。名的冲突、重名及实现对文件共享的需要。名的冲突、重名及实现对文件共享的需要。第三个任务：提
11、供合适的存取方法，以适合不同的应第三个任务：提供合适的存取方法，以适合不同的应第三个任务：提供合适的存取方法，以适合不同的应第三个任务：提供合适的存取方法，以适合不同的应用。仅提供存取方式和保护，至于它们之间的结构用。仅提供存取方式和保护，至于它们之间的结构用。仅提供存取方式和保护，至于它们之间的结构用。仅提供存取方式和保护，至于它们之间的结构关系并不关心，也无力对它们进行解释。关系并不关心，也无力对它们进行解释。关系并不关心，也无力对它们进行解释。关系并不关心，也无力对它们进行解释。1313具体，文件系统应该实现如下具体，文件系统应该实现如下具体，文件系统应该实现如下具体，文件系统应该实现如
12、下功能功能功能功能：(1)(1)通过各种数据结构记录系统中的全部信息，包括信通过各种数据结构记录系统中的全部信息，包括信通过各种数据结构记录系统中的全部信息，包括信通过各种数据结构记录系统中的全部信息，包括信息的名字、位置和存取权限等。息的名字、位置和存取权限等。息的名字、位置和存取权限等。息的名字、位置和存取权限等。(2)(2)使用户可以方便灵活地进行信息存取，完全实现按使用户可以方便灵活地进行信息存取，完全实现按使用户可以方便灵活地进行信息存取，完全实现按使用户可以方便灵活地进行信息存取，完全实现按名存取，透明操作。名存取，透明操作。名存取，透明操作。名存取，透明操作。(3)(3)提供安全
13、可靠的保护措施，以避免各种故障或偶然提供安全可靠的保护措施，以避免各种故障或偶然提供安全可靠的保护措施，以避免各种故障或偶然提供安全可靠的保护措施，以避免各种故障或偶然性事故而产生的破坏行为，并防止授权或未授权的用性事故而产生的破坏行为，并防止授权或未授权的用性事故而产生的破坏行为，并防止授权或未授权的用性事故而产生的破坏行为，并防止授权或未授权的用户有意或无意地进行破坏性操作。户有意或无意地进行破坏性操作。户有意或无意地进行破坏性操作。户有意或无意地进行破坏性操作。(4)(4)防止用户信息失窃，采取对文件进行加密等措施，防止用户信息失窃，采取对文件进行加密等措施，防止用户信息失窃，采取对文件
14、进行加密等措施，防止用户信息失窃，采取对文件进行加密等措施，为用户提供保密手段。为用户提供保密手段。为用户提供保密手段。为用户提供保密手段。(5)(5)协调相关用户共同完成某项任务，文件系统为用户协调相关用户共同完成某项任务，文件系统为用户协调相关用户共同完成某项任务，文件系统为用户协调相关用户共同完成某项任务，文件系统为用户提供共享功能。提供共享功能。提供共享功能。提供共享功能。1414文件系统的三层结构文件系统接口文件系统接口控制管理对象的控制管理对象的软件集合软件集合对象及其属性对象及其属性文件系统的模型文件系统的模型用户（程序）用户（程序）1515文文 件件 系系 统统 接接 口口对对
15、 象象 及及 其其 属属 性性 说说 明明（文件、目录、磁盘）（文件、目录、磁盘）对对象对对象操纵和操纵和管理的管理的软件集软件集合合逻辑文件系统逻辑文件系统基本基本I/O管理程序（文件组织模块）管理程序（文件组织模块）基本文件系统（物理基本文件系统（物理I/O层）层）I/O控制层（设备驱动程序）控制层（设备驱动程序）文件系统模型文件系统模型1616文件管理五大功能：文件管理五大功能：完成文件存储空间的管理。完成文件存储空间的管理。实现文件名到物理地址的映射。实现文件名到物理地址的映射。实现文件和目录的操作管理。实现文件和目录的操作管理。提供文件的共享和保护。提供文件的共享和保护。提供用户的接
16、口。提供用户的接口。17175.2 文件结构和文件存取文件结构和文件存取文件结构文件结构文件结构文件结构文件中信息的组织形式。文件中信息的组织形式。文件中信息的组织形式。文件中信息的组织形式。从用户角度看从用户角度看从用户角度看从用户角度看逻辑结构逻辑结构逻辑结构逻辑结构从系统角度看从系统角度看从系统角度看从系统角度看物理结构物理结构物理结构物理结构5.2.1 文件逻辑结构及文件存取文件逻辑结构及文件存取1逻辑结构（用户观点）逻辑结构（用户观点）是否让操作系统知道具体的文件结构？是否让操作系统知道具体的文件结构？操作系统内部一般将文件视为无结构或简单操作系统内部一般将文件视为无结构或简单结构的
17、信息流，不对文件的信息项做任何解释。结构的信息流，不对文件的信息项做任何解释。具体的信息处理由相应的应用程序提供。具体的信息处理由相应的应用程序提供。1818文件的三种逻辑结构文件的三种逻辑结构(1)流式结构流式结构(2)记录式结构记录式结构(3)记录树结构记录树结构19192文件的存取文件的存取根据文件存取的次序通常可划分为两大类：顺序根据文件存取的次序通常可划分为两大类：顺序存取和直接存取。存取和直接存取。顺序存取顺序存取是严格按记录或字节排列的顺序依次存是严格按记录或字节排列的顺序依次存取。取。直接存取直接存取也称随机存取，允许随意存取文件的任也称随机存取，允许随意存取文件的任何记录或字
18、节，而不管上一次存取到哪一条记何记录或字节，而不管上一次存取到哪一条记录或哪一个字节。录或哪一个字节。20201)顺序存取顺序存取 按照记录的顺序依次存取。按照记录的顺序依次存取。一般分为一般分为固定长度固定长度记录的顺序存取和记录的顺序存取和可变可变长度长度记录的顺序存取。记录的顺序存取。记录指针顺序移动即可完成操作记录指针顺序移动即可完成操作 读指针和写指针读指针和写指针2121每次读写后：每次读写后：rptr=rptr+L;wptr=wptr+L;则每次读写后：则每次读写后：rptr=rptr+Li+1;wptr=wptr+Li+1;预先缓冲技术预先缓冲技术22222)直接存取直接存取
19、一般通过直接计算或利用指针确定记录的位一般通过直接计算或利用指针确定记录的位置，可分为置，可分为固定长度固定长度记录的直接存取和记录的直接存取和可变长可变长度度记录的直接存取。记录的直接存取。如图如图5-2(a)所示，当记录为所示，当记录为固定长固定长时，如果时，如果用户提出存取某记录，该记录的逻辑地址是用户提出存取某记录，该记录的逻辑地址是 LA=iL其中其中i为记录号，为记录号，L为记录的长度，存放于专用单元中。为记录的长度，存放于专用单元中。2323如果记录本身是如果记录本身是可变长可变长的，的，利用索引表可以提高存取速度。利用索引表可以提高存取速度。不能采用预先缓冲技术。一种可以提高效不能采用预先缓冲技术。一种可以提高效率的方法是系统保存被请求的率的方法是系统保存被请求的“上一个上一个”记记录号和地址。录号和地址。24243)按键存取按键存取 按按关键字关键字进行信息查询的存取方法也是一进行信息查询的存取方法也是一种直接存取方法，目前使用十分普遍。种直接存取方法，目前使用十分普遍。为了提高检索速度，可以采用为了提高检索速度，可以采用索引表索引表来指来指明键和记录的逻辑地址之间的对应关系明键和记录的逻辑地址之间的对应关系2525 当记录个数很多时，索引表将十分庞大，检索速度较慢。通常采用的方法是将索引表按关键字分为多级。2626