chn10 文件組織與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

文件管理之

文件組織與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陳鶴年

2014.116.3文件組織與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)6.3.1文件的存儲(chǔ)6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)6.3.1文件的存儲(chǔ)1.存儲(chǔ)介質(zhì)：通用存儲(chǔ)介質(zhì)有磁盤、磁帶、光盤、U盤。2.卷：是存儲(chǔ)介質(zhì)的物理單位，一張光盤、一卷磁帶、一個(gè)磁盤分區(qū)都稱為一卷。3.塊：是一塊連續(xù)區(qū)域，也稱為物理記錄。塊是主存與外村交換信息的單位。即：存取信息是按塊進(jìn)行存（寫）或讀（取），啟動(dòng)一次I/O可以完成一塊或若干塊信息的讀寫。塊的大小決于用戶意愿、傳輸速率、設(shè)備屬性。不同類型的存儲(chǔ)介質(zhì)，塊的長(zhǎng)短常常各不相同；同一類型的存儲(chǔ)介質(zhì)，塊的長(zhǎng)短也可以不同。磁盤物理塊一般是512B.4.縫隙：由于設(shè)備機(jī)械屬性，相鄰塊之間留有縫隙，不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

6.3.1文件的存儲(chǔ)5.內(nèi)存里的文件與磁盤文件文件邏輯示意圖

6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

（1）文件組織：指文件中信息的組織配置和構(gòu)造方式。分為文件的邏輯結(jié)構(gòu)和組織和文件的物理結(jié)構(gòu)組織。（2）文件的邏輯結(jié)構(gòu)和組織：是從用戶觀點(diǎn)出發(fā)，研究用戶概念中的信息組織方式，這是用戶能觀察到，不考慮設(shè)備屬性可對(duì)獨(dú)立對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行處理。（3）文件的邏輯結(jié)構(gòu)基本形式有：①流式文件；②記錄文件；1.流式文件和記錄文件（4）流式文件：是一串有序的字節(jié)信息集合，在流文件里，每個(gè)字節(jié)建立一個(gè)索引，從0開始編號(hào)，打開文件是讀取位置是首字節(jié)。根據(jù)具體情況，每次讀取如干字節(jié)。①流文件是無結(jié)構(gòu)文件，數(shù)據(jù)不再組成記錄，但可以看成是只有一個(gè)記錄的記錄式文件。

②文件常按長(zhǎng)度來讀取所需信息，也可用插入特殊字符作為分界。

③文件系統(tǒng)提供read、write和seek結(jié)構(gòu)進(jìn)行讀取定位。6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

1.流式文件和記錄文件（5）記錄式文件：文件由若干記錄構(gòu)成，包含若干邏輯記錄，邏輯記錄是文件中按信息在邏輯上的獨(dú)立含意劃分的信息單位。記錄大小是各字段取值之和;記錄是記錄文件的最小信息單位，每次只能進(jìn)行一條記錄的操作;記錄文件是有結(jié)構(gòu)文件，記錄按照記錄差生順序編號(hào)。（6）記錄文件的組織方法:①記錄式順序文件：②記錄式索引順序文件：6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

下面是一個(gè)典型的記錄式文件中的內(nèi)容：090601010羅小寧女1988年5月江蘇連云港090601011王朔男1989年8月江蘇南京……

……

……

……

……1.流式文件和記錄文件2.

成組和分解：解決記錄是如何存儲(chǔ)在磁盤上以及邏輯記錄和磁盤塊的關(guān)系是什么？（1）成組操作：為了節(jié)約空間和減少I/O啟動(dòng)次數(shù)。邏輯記錄是按信息在邏輯上的獨(dú)立劃分的單位，塊是存儲(chǔ)介質(zhì)上連續(xù)信息所組成的區(qū)域。一條邏輯記錄被存放到文件存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)上時(shí)，可能占用一塊或多塊，也可以一個(gè)物理塊包含多個(gè)邏輯記錄。（2）成組：若干記錄合并在一起寫入在一個(gè)塊中。成組過程在緩沖區(qū)里完成，緩沖滿了就啟動(dòng)一次I/O，完場(chǎng)寫一次。6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

邏輯記錄1邏輯記錄2邏輯記錄3物理記錄即物理塊邏輯記錄用戶緩沖區(qū)系統(tǒng)緩沖區(qū)2.

成組和分解：

（3）

塊因子：每塊存儲(chǔ)記錄的個(gè)數(shù)。

例題：下圖表示一個(gè)物理塊存放3條邏輯記錄，即成塊因子是3，這樣啟動(dòng)1次I/O可以讀寫3條邏輯記錄。6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

一塊物理記錄邏輯1邏輯2邏輯32.

成組和分解：（4）分解：把一個(gè)物理塊讀入系統(tǒng)緩沖區(qū)后，把該塊中包含的若干記錄分離出來的操作。6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

3.記錄格式記錄格式就是數(shù)據(jù)項(xiàng)在記錄里的排列方式，它影響著數(shù)據(jù)讀寫效率。記錄長(zhǎng)度是一條記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)的總字節(jié)長(zhǎng)度，也影響讀寫。根據(jù)記錄長(zhǎng)度把記錄分為：（1）定長(zhǎng)記錄，易控制，但費(fèi)空間，最后一塊記錄不超過成組因子。（2）變長(zhǎng)記錄：各條記錄長(zhǎng)度不一，控制難，但是省空間。讀取時(shí)需要登記字節(jié)個(gè)數(shù)和相應(yīng)信息。（3）跨塊記錄，當(dāng)處理變長(zhǎng)記錄是可能產(chǎn)生一條邏輯記錄超過物理塊大小，即存儲(chǔ)跨快。需要OS分段處理。6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

6.3.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)

?記錄鍵，標(biāo)示不同記錄的關(guān)鍵字。主鍵，次鍵單鍵記錄，多鍵記錄4.記錄鍵6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)

1.物理文件：文件的物理結(jié)構(gòu)和組織是指邏輯文件在物理存儲(chǔ)空間中存放方法和組織關(guān)系，即文件邏輯結(jié)構(gòu)在存儲(chǔ)物理設(shè)備上形成的物理塊集合。

2.文件物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)影響因素：

（1）存儲(chǔ)設(shè)備；

（2）塊的劃分、記錄的排列、索引的組織、信息的搜索，其優(yōu)劣直接影響文件系統(tǒng)的性能。第一類計(jì)算法：通過映射算法把邏輯記錄與物理記錄建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中能直接尋址、計(jì)算尋址、順序等的文件都屬于。常用于目錄文件、順序文件常采用此方法。第二類指針法：借用指針實(shí)現(xiàn)。常用于索引文件、索引順序文件、連接文件等。文件物理結(jié)構(gòu)的確定取決于用戶的意圖和物理設(shè)備的屬性。

3.文件物理結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)（1）順序物理文件(連續(xù)文件)文件中邏輯上連續(xù)的信息存放到存儲(chǔ)介質(zhì)的依次相鄰的塊上便形成順序文件。FCB中保存第一物理塊地址和文件物理總塊數(shù)。用于磁帶文件、打印文件等。邏輯記錄順序和物理記錄順序完全一致的文件，通常記錄按出現(xiàn)的次序被讀出或修改。順序文件的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)有點(diǎn)：存取速度快、適應(yīng)系統(tǒng)文件；缺點(diǎn)：要預(yù)判文件長(zhǎng)度，以后不易插入、修改，不適應(yīng)變長(zhǎng)記錄。6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)4.文件物理結(jié)構(gòu)的組織（形式）方法連續(xù)存儲(chǔ)文件連續(xù)存儲(chǔ)文件示意圖共5個(gè)文件（2）連接文件(串聯(lián)文件)結(jié)構(gòu)示意圖文件目錄項(xiàng)……06.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)4.文件物理結(jié)構(gòu)的組織（形式）方法連接文件存儲(chǔ)連接文件示意圖鏈接文件分區(qū)表

連接文件使用連接字，又叫指針來表示文件中各個(gè)記錄之間的關(guān)系連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：分散存儲(chǔ)，易擴(kuò)充6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)3.2連接文件(串聯(lián)文件)特點(diǎn)4.文件物理結(jié)構(gòu)的組織（形式）方法（3）直接文件(哈希文件)記錄的關(guān)鍵字與其地址間可通過某種方式建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用這種關(guān)系實(shí)現(xiàn)存取的文件叫直接文件。它首先把文件名轉(zhuǎn)換成FCB所在磁盤地址索引，根據(jù)目錄索引找到相應(yīng)物理塊，然后讀入緩沖區(qū)；逐項(xiàng)比較找到需要的FCB。6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)4.文件物理結(jié)構(gòu)的組織（形式）方法（4）索引文件索引結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)非連續(xù)存儲(chǔ)的另一種方法，適用于數(shù)據(jù)記錄保存有隨機(jī)存取存儲(chǔ)設(shè)備上的文件。使用索引表，每個(gè)表目包含一個(gè)記錄的鍵及其記錄數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址，這類文件稱索引文件。6.3.3文件的物理結(jié)構(gòu)記錄鍵數(shù)據(jù)塊地址4.文件物理結(jié)構(gòu)的組織（形式）方法索引文件存儲(chǔ)索引文件示意圖

索引文件索引順序文件索引順序文件是順序文件的擴(kuò)展，各記錄本身在介質(zhì)上也順序排列，有直接處理和修改記錄的能力。索引順序文件能象順序文件一樣進(jìn)行快速順序處理，既允許按物理存放次序（記錄出現(xiàn)的次序）；也允許按邏輯順序（由記錄主鍵決定的次序）進(jìn)行處理。多級(jí)索引文件二級(jí)索引。二級(jí)索引表的表項(xiàng)列出一級(jí)索引表每一塊最后一個(gè)索引項(xiàng)的鍵值及該索引表區(qū)的地址，若干個(gè)記錄的索引本身也是一種記錄。查找時(shí)先查看二級(jí)索引表找到某鍵所在的索引表區(qū)地址，再搜索一級(jí)索引表找出數(shù)據(jù)記錄。三級(jí)索引。多級(jí)文件索引示意圖U