第七節(jié) 文件系統(tǒng)及接口

1、第七節(jié)第七節(jié) 文件系統(tǒng)及接口文件系統(tǒng)及接口7、1 文件和文件系統(tǒng)文件和文件系統(tǒng) 一、關(guān)于文件一、關(guān)于文件： 定義：文件是具有文件名的一組相關(guān)信息的集合。從結(jié)定義：文件是具有文件名的一組相關(guān)信息的集合。從結(jié)構(gòu)上可分為有結(jié)構(gòu)的記錄式文件和無結(jié)構(gòu)的字符流式文構(gòu)上可分為有結(jié)構(gòu)的記錄式文件和無結(jié)構(gòu)的字符流式文件，在文件系統(tǒng)中，文件是一個最大的數(shù)據(jù)單位。件，在文件系統(tǒng)中，文件是一個最大的數(shù)據(jù)單位。 文件屬性通常包括：文件屬性通常包括： 1）文件類型）文件類型可從不同角度來規(guī)定其類型；可從不同角度來規(guī)定其類型； 2 2）文件長度）文件長度單位可以是字節(jié)、字或塊；單位可以是字節(jié)、字或塊； 3 3）物理位置）物

2、理位置指示文件當前所處設備及具體位置；指示文件當前所處設備及具體位置； 4 4）存取控制）存取控制規(guī)定各類用戶對該文件的訪問權(quán)限；規(guī)定各類用戶對該文件的訪問權(quán)限； 5 5）建立時間）建立時間通常指文件最后一次被修改的時間；通常指文件最后一次被修改的時間； 記錄：一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，有結(jié)構(gòu)文件的基本單位記錄：一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，有結(jié)構(gòu)文件的基本單位 數(shù)據(jù)項：數(shù)據(jù)組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據(jù)單位，即數(shù)據(jù)項：數(shù)據(jù)組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據(jù)單位，即組成記錄的原子數(shù)據(jù)。組成記錄的原子數(shù)據(jù)。 二、文件分類方法：二、文件分類方法： 按用途分類：系統(tǒng)文件、用戶文件、庫文件；其按用途分類：系統(tǒng)文件、用戶文

3、件、庫文件；其中系統(tǒng)文件只允許用戶調(diào)用，不允許用戶讀和修中系統(tǒng)文件只允許用戶調(diào)用，不允許用戶讀和修改。改。 按文件中的數(shù)據(jù)形式分類：源文件、目標文件、按文件中的數(shù)據(jù)形式分類：源文件、目標文件、可執(zhí)行文件；其中源文件通常由可執(zhí)行文件；其中源文件通常由ASCII碼或漢字碼或漢字組成，目標文件是已經(jīng)編譯但尚未鏈接的二進制組成，目標文件是已經(jīng)編譯但尚未鏈接的二進制文件，可執(zhí)行文件則是編譯且鏈接后所形成的文文件，可執(zhí)行文件則是編譯且鏈接后所形成的文件。件。 按存取控制屬性分類：只執(zhí)行文件、只讀文件、按存取控制屬性分類：只執(zhí)行文件、只讀文件、讀寫文件；這些都是為已核準用戶規(guī)定的訪問權(quán)讀寫文件；這些都是為已

4、核準用戶規(guī)定的訪問權(quán)限。限。 按邏輯結(jié)構(gòu)分類：有結(jié)構(gòu)記錄式文件、無結(jié)構(gòu)流按邏輯結(jié)構(gòu)分類：有結(jié)構(gòu)記錄式文件、無結(jié)構(gòu)流式文件式文件 按物理結(jié)構(gòu)分類：順序文件、鏈接文件、索引文按物理結(jié)構(gòu)分類：順序文件、鏈接文件、索引文件件 三、文件系統(tǒng)模型三、文件系統(tǒng)模型 該模型分為三個層次，最底層是被操作對象及其相關(guān)屬該模型分為三個層次，最底層是被操作對象及其相關(guān)屬性；最上層是系統(tǒng)提高給用戶的接口；中間是文件系統(tǒng)性；最上層是系統(tǒng)提高給用戶的接口；中間是文件系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心軟件層，它是實現(xiàn)操作的軟件集合。功能實現(xiàn)的核心軟件層，它是實現(xiàn)操作的軟件集合。 文文 件件 系系 統(tǒng)統(tǒng) 接接 口口 對對象操對對象操 縱縱和管

5、理的軟和管理的軟件集合件集合 邏邏 輯輯 文文 件件 系系 統(tǒng)統(tǒng) 基本基本I/O管理程序（文件組織模塊）管理程序（文件組織模塊） 基本文件系統(tǒng)（物理基本文件系統(tǒng)（物理I/O層）層） I/OI/O控制層（設備驅(qū)動程序）控制層（設備驅(qū)動程序） 對對 象象 及及 其其 屬屬 性性 說說 明明 四、文件系統(tǒng)的功能四、文件系統(tǒng)的功能 1）文件存儲空間的管理；）文件存儲空間的管理； 2）對文件目錄的管理；）對文件目錄的管理； 3）地址映射；）地址映射； 4）文件的讀、寫管理；）文件的讀、寫管理； 5）文件的共享與保護；）文件的共享與保護； 在這些功能的實現(xiàn)中，通常又進一步劃分成幾個層次在這些功能的實現(xiàn)中，

6、通常又進一步劃分成幾個層次（如上圖所示）。其中有的層次用于處理物理文件系統(tǒng)；（如上圖所示）。其中有的層次用于處理物理文件系統(tǒng)；有的層次用于處理邏輯文件系統(tǒng)。有的層次用于處理邏輯文件系統(tǒng)。 五、文件系統(tǒng)的接口五、文件系統(tǒng)的接口 1）命令接口：用戶可以從終端鍵入命令實現(xiàn)操作；）命令接口：用戶可以從終端鍵入命令實現(xiàn)操作； 2 2）程序接口：用戶程序可通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)操作；）程序接口：用戶程序可通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)操作； 3 3）GUIGUI接口：用戶可在圖形窗口點擊鼠標實現(xiàn)操作。接口：用戶可在圖形窗口點擊鼠標實現(xiàn)操作。 六、文件操作六、文件操作 對記錄的操作對記錄的操作用戶用得最多的一類操作：用戶用得最

7、多的一類操作： 1 1）檢索一個文件中的所有記錄；例如：統(tǒng)計成績。）檢索一個文件中的所有記錄；例如：統(tǒng)計成績。 2 2）檢索一個文件中的某個記錄；例如：查找。）檢索一個文件中的某個記錄；例如：查找。 3 3）插入一個新記錄到文件中的適當位置；）插入一個新記錄到文件中的適當位置； 4 4）對一個檢索到的特定記錄進行修改；）對一個檢索到的特定記錄進行修改； 5 5）刪除一個已存在文件中的指定記錄；）刪除一個已存在文件中的指定記錄； 對文件的操作對文件的操作用戶通常需要進行的操作：用戶通常需要進行的操作： 1 1）創(chuàng)建）創(chuàng)建/ /刪除文件；需分配或回收必要的外存空間。刪除文件；需分配或回收必要的外存

8、空間。 2 2）讀）讀 / / 寫文件；需知道相應文件的文件名和內(nèi)存地址寫文件；需知道相應文件的文件名和內(nèi)存地址 3 3）截斷文件；對舊文件，當文件名和其屬性無改變）截斷文件；對舊文件，當文件名和其屬性無改變時，可放棄原有文件的內(nèi)容，將其長度設為時，可放棄原有文件的內(nèi)容，將其長度設為0 0。 4 4）設置文件的讀）設置文件的讀 / / 寫位置；用于設置文件讀寫位置；用于設置文件讀 / / 寫指針寫指針7、2 目錄管理及文件共享保護目錄管理及文件共享保護 一、文件控制塊和索引結(jié)點一、文件控制塊和索引結(jié)點 文件控制塊（文件控制塊（FCB)FCB)包含三類信息：包含三類信息： 1 1）基本信息：）基

9、本信息： 文件名。用于標識文件；文件名。用于標識文件； 文件物理位置。包括設備名、盤塊號、文件長度；文件物理位置。包括設備名、盤塊號、文件長度； 文件邏輯結(jié)構(gòu)。指示文件為流式文件文件邏輯結(jié)構(gòu)。指示文件為流式文件/ /記錄式文件記錄式文件 2 2）存取控制信息：文件主權(quán)限；）存取控制信息：文件主權(quán)限； 核準用戶權(quán)限；核準用戶權(quán)限； 一般用戶權(quán)限；一般用戶權(quán)限； 3 3）使用類信息：文件的建立日期和時間；）使用類信息：文件的建立日期和時間； 文件上一次修改的日期和時間；文件上一次修改的日期和時間； 當前使用信息。包括當前已打開該文當前使用信息。包括當前已打開該文件的進程數(shù)，是否被其它文件鎖住、在內(nèi)

10、存中被修改否件的進程數(shù)，是否被其它文件鎖住、在內(nèi)存中被修改否 關(guān)于索引結(jié)點 1)索引結(jié)點的引入:當文件 很多時,其目錄項可能要占很多空間,也影響檢索速度.實際檢索中只用到了文件名,當被檢索的文件名相匹配時才需目錄項的實際地址,因此可將文件名與文件屬性信息分離,這樣,屬性信息就單獨形成一個索引結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu). 2)磁盤索引結(jié)點每個文件有唯一一個磁盤索引結(jié)點包括: 文件主標識；文件類型；文件存取權(quán)限；文件物理地址；文件長度；文件連接計數(shù)；文件存取時間。 3）內(nèi)存索引結(jié)點文件打開時將索引結(jié)點拷貝到內(nèi)存 包括：索引結(jié)點編號：標識內(nèi)存索引結(jié)點；狀態(tài)：指示該i結(jié)點是否已上鎖或已被修改；訪問計數(shù)：即當前有多

11、少個進程訪問過；文件所在設備的邏輯設備號；鏈接指針：包括指向空閑鏈表和散列隊列的指針 二、目錄結(jié)構(gòu)和查詢技術(shù)二、目錄結(jié)構(gòu)和查詢技術(shù) 目錄結(jié)構(gòu)目錄結(jié)構(gòu) 1）單級目錄結(jié)構(gòu)）單級目錄結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)建立一張目錄表；特點：整個系統(tǒng)建立一張目錄表；特點：簡單，但查找速度慢，不允許重名，不便于文件共享。簡單，但查找速度慢，不允許重名，不便于文件共享。 2 2）兩級目錄結(jié)構(gòu)）兩級目錄結(jié)構(gòu)每個用戶建立一個單獨的用戶文件每個用戶建立一個單獨的用戶文件目錄，用戶在其目錄下可以根據(jù)需要創(chuàng)建文件；特點：目錄，用戶在其目錄下可以根據(jù)需要創(chuàng)建文件；特點：提高了檢索速度；在不同的用戶目錄中可以有同名文件；提高了檢索速度；在不同

12、的用戶目錄中可以有同名文件；不同的用戶可以使用不同的文件名訪問同一文件。不同的用戶可以使用不同的文件名訪問同一文件。 3 3）樹型目錄）樹型目錄在兩級目錄基礎(chǔ)上，又允許用戶創(chuàng)建自在兩級目錄基礎(chǔ)上，又允許用戶創(chuàng)建自己的子目錄就形成多級目錄；特點同上，但更靈活。己的子目錄就形成多級目錄；特點同上，但更靈活。 查詢技術(shù)查詢技術(shù) 1 1）按名查詢找出該文件的）按名查詢找出該文件的FCBFCB或索引結(jié)點或索引結(jié)點i i； 2 2）根據(jù)）根據(jù)FCBFCB或或i i結(jié)點找到文件的物理地址（盤塊號）；結(jié)點找到文件的物理地址（盤塊號）； 3 3）啟動磁盤驅(qū)動程序，將所需文件讀入內(nèi)存。）啟動磁盤驅(qū)動程序，將所需文

13、件讀入內(nèi)存。 三、文件共享三、文件共享 1）繞彎路法）繞彎路法用戶所訪問的所有文件都是相對于當前用戶所訪問的所有文件都是相對于當前 目錄，即先向上到達其上級，再向下找到共享文件；目錄，即先向上到達其上級，再向下找到共享文件； 2 2）連訪法）連訪法為提高訪問速度，在相應目錄項間建立鏈為提高訪問速度，在相應目錄項間建立鏈接，即在目錄項內(nèi)設置指針直指共享文件的目錄項；接，即在目錄項內(nèi)設置指針直指共享文件的目錄項； 3 3）利用基本文件目錄實現(xiàn)共享）利用基本文件目錄實現(xiàn)共享將系統(tǒng)賦予該文件的將系統(tǒng)賦予該文件的唯一唯一IDID號與相應文件的符號名建立對應關(guān)系表；號與相應文件的符號名建立對應關(guān)系表； 4

14、 4）基于索引結(jié)點的共享）基于索引結(jié)點的共享在樹型結(jié)構(gòu)目錄中，當有兩在樹型結(jié)構(gòu)目錄中，當有兩個（或多個）用戶需共享一個子目錄或文件時，必須將個（或多個）用戶需共享一個子目錄或文件時，必須將共享文件或子目錄鏈接到兩個（或多個）用戶的目錄中共享文件或子目錄鏈接到兩個（或多個）用戶的目錄中 5 5）利用符號鏈實現(xiàn)共享）利用符號鏈實現(xiàn)共享用戶用戶A A為了共享用戶為了共享用戶B B的一個的一個文件文件F F，可由系統(tǒng)創(chuàng)建一個，可由系統(tǒng)創(chuàng)建一個LINKLINK類型的新文件，將新文類型的新文件，將新文件件F F寫入寫入A A的用戶目錄中，以實現(xiàn)的用戶目錄中，以實現(xiàn)A A的目錄與文件的目錄與文件F F的鏈的

15、鏈接。新文件中僅包含被鏈接文件接。新文件中僅包含被鏈接文件F F的路徑名。的路徑名。 四、文件保護四、文件保護 為確保文件系統(tǒng)的安全性，通常采取如下措施：為確保文件系統(tǒng)的安全性，通常采取如下措施： 1 1）通過存取控制機制）通過存取控制機制用以防止由人為因素造成的不用以防止由人為因素造成的不安全；安全； 2 2）通過系統(tǒng)容錯技術(shù)）通過系統(tǒng)容錯技術(shù)用以防止系統(tǒng)部分的故障所造用以防止系統(tǒng)部分的故障所造成的文件不安全性；成的文件不安全性； 3 3）通過）通過“后備系統(tǒng)后備系統(tǒng)”用以防止自然因素所造成的文用以防止自然因素所造成的文件的不安全性；件的不安全性； 具體方法有：具體方法有： 保護域保護域指出

16、進程所能訪問的對象，進程在域內(nèi)運行；指出進程所能訪問的對象，進程在域內(nèi)運行； 訪問矩陣訪問矩陣行代表域，列代表對象，矩陣中每一項是由行代表域，列代表對象，矩陣中每一項是由 一組訪問權(quán)組成；一組訪問權(quán)組成； 分級安全管理分級安全管理在系統(tǒng)級、用戶級、目錄級、文件級四在系統(tǒng)級、用戶級、目錄級、文件級四個級別上對文件進行安全性管理。個級別上對文件進行安全性管理。7、3 外存空間的管理外存空間的管理 一、格式化和外存分配一、格式化和外存分配 外存大多指磁盤，一張新磁盤必須經(jīng)過格式化：外存大多指磁盤，一張新磁盤必須經(jīng)過格式化： 1）磁道）磁道磁盤上與磁盤同心的一系列園環(huán)，每條磁道磁盤上與磁盤同心的一系列

17、園環(huán)，每條磁道上存儲相同數(shù)目的二進制位。密度指每英寸中存儲的位上存儲相同數(shù)目的二進制位。密度指每英寸中存儲的位 2 2）扇區(qū)）扇區(qū)每條磁道又可以分成若干區(qū)域，稱為扇區(qū)，每條磁道又可以分成若干區(qū)域，稱為扇區(qū)，每個扇區(qū)存儲數(shù)據(jù)量相同；每個扇區(qū)存儲數(shù)據(jù)量相同； 3 3）磁盤容量：）磁盤容量： 盤面數(shù)盤面數(shù)每面磁道數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 外存分配應考慮的問題主要有：外存分配應考慮的問題主要有： 1 1）怎樣才能有效地利用外存空間；）怎樣才能有效地利用外存空間； 2 2）提高對文件的訪問速度；）提高對文件的訪問速度； 常用的分配方法：連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配。常用的

18、分配方法：連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配。 二、二、DOS系統(tǒng)的外存分配及文件讀寫系統(tǒng)的外存分配及文件讀寫 DOSDOS系統(tǒng)分配磁盤空間以系統(tǒng)分配磁盤空間以“簇簇”（邏輯扇區(qū)）為單位（邏輯扇區(qū)）為單位 簇與格式化磁盤所形成的物理扇區(qū)的對應關(guān)系為：簇與格式化磁盤所形成的物理扇區(qū)的對應關(guān)系為： 1 1簇簇1 1 ，或，或 2 2，或，或4 4物理扇區(qū)物理扇區(qū) DOSDOS中文件的特征信息：（中文件的特征信息：（FCBFCB的構(gòu)成）的構(gòu)成）1 8 9 11 12 13 221 8 9 11 12 13 22 DOSDOS系統(tǒng)將磁盤格式化后即把磁盤分為四個區(qū)域：系統(tǒng)將磁盤格式化后即把磁盤分為四個區(qū)域：

19、1 1）引導區(qū)在）引導區(qū)在0 0面面0 0道道1 1扇區(qū)，用做引導系統(tǒng)扇區(qū)，用做引導系統(tǒng) 2 2）根目錄區(qū)（）根目錄區(qū)（FDTFDT），存放根目錄項；），存放根目錄項； 3 3）文件分配表（）文件分配表（FAT)FAT)，存放文件鏈指針，存放文件鏈指針 4 4）用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放各類數(shù)據(jù)文件。）用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放各類數(shù)據(jù)文件。 文件名 擴展名 文件屬性 DOS留用 變更時間 變更日期 首簇號 文件大小 引導區(qū)根目錄區(qū)文件分配表用戶數(shù)據(jù)區(qū) DOS系統(tǒng)讀文件的過程：系統(tǒng)讀文件的過程： 文件名首簇號 File10005File40010 006 007 003FFFFFF 002 00800050003

20、00070010000800020006file1file2 DOS系統(tǒng)寫文件過程系統(tǒng)寫文件過程：開始開始查查FAT表找表找0000的表項的表項找到找到0000表項表項？是否第一簇是否第一簇？文件寫入該表項編文件寫入該表項編號對應的數(shù)據(jù)區(qū)并號對應的數(shù)據(jù)區(qū)并將表項編號寫入將表項編號寫入FAT中上一數(shù)據(jù)區(qū)對應的中上一數(shù)據(jù)區(qū)對應的表項位置表項位置文件寫入該表項文件寫入該表項編號對應的數(shù)據(jù)區(qū)編號對應的數(shù)據(jù)區(qū)并將表項編號寫入并將表項編號寫入文件文件FCB中首簇號中中首簇號中顯示顯示“該文件無法該文件無法存儲或磁盤已滿存儲或磁盤已滿”信息信息結(jié)束結(jié)束數(shù)據(jù)寫完否？數(shù)據(jù)寫完否？否否否是是是 三、三、UNIX系

21、統(tǒng)的外存分配及管理系統(tǒng)的外存分配及管理 在在UNIX系統(tǒng)中文件的存儲介質(zhì)是磁盤或磁帶，無論是系統(tǒng)中文件的存儲介質(zhì)是磁盤或磁帶，無論是哪知外存介質(zhì)，文件的組織形式均以塊為基本單位。哪知外存介質(zhì)，文件的組織形式均以塊為基本單位。 1）空閑塊的組織：）空閑塊的組織： 空閑塊采用成組鏈接法空閑塊采用成組鏈接法將若干（如將若干（如100100個）空閑塊歸個）空閑塊歸為一組，將每組中的所有盤塊號存放在其前一組的第一為一組，將每組中的所有盤塊號存放在其前一組的第一個空閑塊中，而僅把第一組中的所有盤塊號放入超級塊個空閑塊中，而僅把第一組中的所有盤塊號放入超級塊的空閑盤塊號棧中的空閑盤塊號棧中超級塊：超級塊：109103106130161211208205222310350323308490409472415 2