CHAPTER 6 文件管理課件

第六

文件管理

內(nèi)容

。概述

。文件的結(jié)構(gòu)和存取方式

。文件目錄

。文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

。文件的使用

。文件系統(tǒng)的安全性

。文件系統(tǒng)的性能問題

。文件系統(tǒng)的可靠性

文件管理2

番6.1概述

1*11"!?-?l">/?1??1-?l*?t*B/?I-B?-?i"?1*

.?■，?■?????>|?'■?ffr■t??，?，?■???，■,Mlr■，'■*??，???一??0r???'■'■，'fll*'■，■，??'■，'''.

所有的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序都要：

存儲(chǔ)信息，檢索信息

三個(gè)基本要求：

能夠存儲(chǔ)大量的信息

長期保存信息

可以共享信息

文件管理3

概述（續(xù)1）

解決方法：把信息以一種單元，即文件的形式存

儲(chǔ)在磁盤或其他外部介質(zhì)上。

文件是通過操作系統(tǒng)來管理的，包括：

文件的結(jié)構(gòu)，命名，存取，使用，保護(hù)和實(shí)現(xiàn)方

法

文件管理4

概述（續(xù)2）

兩種觀點(diǎn)

用戶觀點(diǎn)：

文件系統(tǒng)如何呈現(xiàn)在其面前：一個(gè)文件有什么

組成，如何命名，如何保護(hù)文件，可以進(jìn)行何

種操作等等

操作系統(tǒng)觀點(diǎn),

文件目錄怎樣實(shí)現(xiàn)，怎樣管理存儲(chǔ)空間，文件

存儲(chǔ)位置，磁盤實(shí)際運(yùn)作方式（與設(shè)備管理的接

口）等等。

文件管理5

1.文件與文件系統(tǒng)

1*?1*1?*??*?1*?i-??*B?-?1-?t*B1-1l*Bt-?

■?***，?，??，?■?■■，??*■*■，?■-??，■■,，?，,■*■??????*????，,??，?，。，■???-

(1)文件

一組帶標(biāo)識(shí)的在邏輯上有完整意義的信息項(xiàng)的序

歹U,這個(gè)標(biāo)識(shí)為文件名。

信息項(xiàng)：構(gòu)成文件內(nèi)容的基本單位；

長度：單個(gè)字節(jié)，或多個(gè)字節(jié)；

文件內(nèi)容的意義：由文件的建立者和使用者解釋

文件管理6

文件與文件系統(tǒng)（續(xù)1）

編號(hào)：01

信息項(xiàng)信息項(xiàng).信息項(xiàng).信息項(xiàng)

I

讀寫指針

各信息項(xiàng)之間具有順序關(guān)系

文件管理7

文件與文件系統(tǒng)(續(xù)2)

(2)文件系統(tǒng)

是操作系統(tǒng)中統(tǒng)一管理信息資源的一種軟件，

管理文件的存儲(chǔ)、檢索、更新，提供安全可靠

的共享和保護(hù)手段，并且方便用戶使用。

文件管理8

文件與文件系統(tǒng)（續(xù)3）

（3）功能

?:?統(tǒng)一管理文件的存儲(chǔ)空間，實(shí)施存儲(chǔ)空間的分

配與回收；

?:?實(shí)現(xiàn)文件的按名存取；

名字空間姓U存儲(chǔ)空間

文件管理9

文件與文件系統(tǒng)（續(xù)4）

。實(shí)現(xiàn)文件信息的共享，并提供文件的保護(hù)和保

密措施；

。向用戶提供一個(gè)方便使用的接口（提供對(duì)文件

系統(tǒng)操作命令，以及提供對(duì)文件的操作命令：

信息存取、加工等）；

文件管理10

文件與文件系統(tǒng)（續(xù)5）

。系統(tǒng)維護(hù)及向用戶提供有關(guān)信息；

?:?保持文件系統(tǒng)的執(zhí)行效率

文件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)接口中占的比例最大，

用戶使用操作系統(tǒng)的感覺在很大程度上取決于

對(duì)文件系統(tǒng)的使用效果；

?:?提供與I/O的統(tǒng)一接口。

文件管理11

2.文件的分類

(1)按文件用途分類

系統(tǒng)文件：

有關(guān)OS及有關(guān)系統(tǒng)所組成文件。

用戶文件：

庫文件：標(biāo)準(zhǔn)子程序及常用應(yīng)用程序組成文件,

允許用戶使用但不能修改。

文件管理12

文件的分類（續(xù)1）

2.按文件的組織形式分為三類

普通文件；目錄文件；特殊文件（設(shè)備文件，把外部設(shè)

備也看作文件）

3.其他分類方式

＞按信息保存期限分類

臨時(shí)文件；永久文件；檔案文件

＞按文件的保護(hù)方式分類

只讀文件；讀寫文件；可執(zhí)行文件

＞按文件的邏輯結(jié)構(gòu)分類

流式文件；記錄式文件

＞按文件的物理結(jié)構(gòu)分類

順序（連續(xù)）文件；鏈接文件；索引文件

文件管理13

96.2文件的邏輯結(jié)構(gòu)及存取方式

?:?設(shè)計(jì)文件邏輯結(jié)構(gòu)的原則

/易于操作

/查找快捷

/修改方便

/空間緊湊

文件管理14

L文件的邏輯結(jié)構(gòu)

從用戶角度看文件，研究文件的組織形式。

一個(gè)字節(jié)一條記錄

文件管理15

文件的邏輯結(jié)構(gòu)（續(xù)1）

?:?流式文件：構(gòu)成文件的基本單位是字符，文件是

有邏輯意義的、無結(jié)構(gòu)的一串字符的集合

文件：一個(gè)無結(jié)構(gòu)字節(jié)序列

好處：提供很大的靈活性

。記錄文件：文件是由若干個(gè)記錄組成，每個(gè)記錄

有一個(gè)鍵，可按鍵進(jìn)行查找。

記錄式文件是有結(jié)構(gòu)的文件

文件：一個(gè)固定長度記錄的序列，每條記錄

有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)

文件管理16

文件存取方式

?存取方式

,順序存取

/隨機(jī)存取（直接存?。?/p>

/按鍵存取

。搜索算法

/線性搜索

/散列法

/二分搜索法

文件管理17

6.3文件的物理結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)介質(zhì)

從系統(tǒng)的角度來看文件，從文件在物理介質(zhì)上的存

放方式來研究文件。

安順序結(jié)構(gòu)（連續(xù)）

邏輯上連續(xù)的文件信息存放在若干連續(xù)的物理塊中。

優(yōu)點(diǎn)：

/簡單

,支持順序存取和隨機(jī)存取

/順序存取速度快

/所需的磁盤尋道次數(shù)和尋道時(shí)間最少

文件管理18

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)1）

文件目錄

count

甲

■文件名始址塊數(shù)

皿count02

音tr143

mailmail196

遠(yuǎn)亙畫■list284

f62

■[25][26][27]

list

文件管理19

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)2）

缺點(diǎn)：

?:?文件不能動(dòng)態(tài)增長

預(yù)留空間:浪費(fèi)

重新分配和移動(dòng)

?:?不利于文件插入和刪除

?:?外部碎片問題

存儲(chǔ)壓縮技術(shù)

文件管理20

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)3）

（2）鏈接結(jié)構(gòu)

一個(gè)邏輯上連續(xù)的文件信息存放在若干不連續(xù)的

物理塊中，各塊之間通過指針連接，前一個(gè)物

理塊指向下一個(gè)物理塊。

優(yōu)點(diǎn)：

，提高了磁盤空間利用率，不存在外部碎片問題

/有利于文件插入和刪除

,有利于文件動(dòng)態(tài)擴(kuò)充

文件管理21

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)4）

文件管理22

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)5）

缺點(diǎn)：

,存取速度慢，不適于隨機(jī)存取

,可靠性問題，如指針出錯(cuò)

,更多的尋道次數(shù)和尋道時(shí)間

,鏈接指針占用一定的空間

鏈接結(jié)構(gòu)的一個(gè)變形：

文件分配表FAT

文件管理23

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)6）

（3）索引結(jié)構(gòu)

一個(gè)文件的信息存放在若干不連續(xù)物理塊中，

系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一個(gè)專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-索引

表，并將這些塊的塊號(hào)存放在一個(gè)索引表中

一個(gè)索引表就是磁盤塊地址數(shù)組，其中第i個(gè)條目

指向文件的第i塊。

文件管理24

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)7）

文件管理25

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)8）

優(yōu)點(diǎn)：保持了鏈接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又解決了其缺點(diǎn)

米即能順序存取，又能隨機(jī)存取

米滿足了文件動(dòng)態(tài)增長、插入刪除的要求

米能充分利用外存空間

缺點(diǎn)：

米較多的尋道次數(shù)和尋道時(shí)間

米索引表本身帶來了系統(tǒng)開銷

米如：內(nèi)外存空間，存取時(shí)間

文件管理26

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)9）

索引表組織：

/鏈接模式:一個(gè)盤塊一個(gè)索引表，多個(gè)索引表

鏈接起來

/多重索弓I：將一個(gè)大文件的所有索引表（二級(jí)

索弓I）的地址放在另一個(gè)索引表（一級(jí)索弓I）中

文件管理27

文件的物理結(jié)構(gòu)（續(xù)10）

?:.UNIX文件系統(tǒng)采用的是多級(jí)索引結(jié)構(gòu)。每個(gè)文件的

索引表為13個(gè)索引項(xiàng)，每項(xiàng)2個(gè)字節(jié)。最前面10項(xiàng)

直接登記存放文件信息的物理塊號(hào)（直接尋址）。

?:?如果文件大于10塊，則利用第11項(xiàng)指向一個(gè)物理塊,

該塊中最多可放256個(gè)文件物理塊的塊號(hào)（一次間

接尋址）。對(duì)于更大的文件還可利用第12和第13項(xiàng)

作為二次和三次間接尋址。

UNIX中采用了三級(jí)索引結(jié)構(gòu)后，文件最大可達(dá)16

兆個(gè)物理塊。

文件管理28

MS-DOS的文件分配表（FAT）

?顯式鏈接：把用于鏈接的指針顯式存放在內(nèi)存的一

張表中，查找在內(nèi)存中進(jìn)行。

米FDT/FCB----->FAT---->塊鏈

g

FUMAimTO

省

**iirNunrSMrlBhM'kL酎qth

gH—

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21L

M

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口ra^

3—

Jn

文件管理30

DOS磁盤盤區(qū)劃分表

區(qū)名內(nèi)容軟盤

占扇區(qū)數(shù)扇區(qū)號(hào)

保留區(qū)引導(dǎo)記錄與磁10

盤參數(shù)表

控制區(qū)FAT1文件分21-2

配表

FAT223—4

FDT文件目錄75-11

表

文件區(qū)文件內(nèi)容余下部分>12

文件管理31

DOS磁盤訪問操作流程

磁盤參數(shù)表

文件名

文件管理32

2.存儲(chǔ)介質(zhì)

磁盤，磁帶，光盤

（1）物理塊（塊）

在文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)設(shè)備常常劃分為若

干大小相等的物理塊。同時(shí)也將文件信息劃分

成相同大小的邏輯塊（塊），所有塊統(tǒng)一編號(hào)。

以塊為單位進(jìn)行信息的存儲(chǔ)、傳輸、分配。

文件管理33

存儲(chǔ)介質(zhì)(續(xù)1)

(2)磁帶

?:?永久保存大容量數(shù)據(jù)

。順序存取設(shè)備：前面的物理塊被存取訪問之后，

才能存取后續(xù)的物理塊的內(nèi)容

?:?存取速度較慢：主要用于后備存儲(chǔ)，或存儲(chǔ)不經(jīng)

常用的信息，或用于傳遞數(shù)據(jù)的介質(zhì)

第i塊間隙第i+1塊

文件管理34

存儲(chǔ)介質(zhì)（續(xù)2）

（3）磁盤

直接（隨機(jī)）存取設(shè)備:

存取磁盤上任一物理塊的時(shí)間不依賴于該物理塊所

處的位置

扇區(qū)

磁道

文件管理35

隔區(qū)7心口口口。匚心口，

柱面

存儲(chǔ)介質(zhì)（續(xù)3）

文件管理36

存儲(chǔ)介質(zhì)（續(xù)4）

信息記錄在磁道上，多個(gè)盤片，正反兩面都用

來記錄信息，每面一個(gè)磁頭

所有盤面中處于同一磁道號(hào)上的所有磁道組成

一個(gè)柱面

物理地址形式：

磁頭號(hào)（盤面號(hào)）

磁道號(hào)（柱面號(hào)）

扇區(qū)號(hào)

文件管理37

存儲(chǔ)介質(zhì)（續(xù)5）

磁盤系統(tǒng)由磁盤本身和驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備組成，實(shí)際

存取讀寫的動(dòng)作過程是由磁盤驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備按

照主機(jī)要求完成的

一次訪盤請(qǐng)求：

讀/寫，磁盤地址（設(shè)備號(hào)，柱面號(hào)，磁頭號(hào)，

扇區(qū)號(hào)），內(nèi)存地址（源/目）

文件管理38

存儲(chǔ)介質(zhì)（續(xù)5）

完成過程由三個(gè)動(dòng)作組成：

。尋道（時(shí)間）：磁頭移動(dòng)定位到指定磁道

?:?旋轉(zhuǎn)延遲（時(shí)間）：等待指定扇區(qū)從磁頭下旋

轉(zhuǎn)經(jīng)過

?:?數(shù)據(jù)傳輸（時(shí)間）：數(shù)據(jù)在磁盤與內(nèi)存之間的

實(shí)際傳輸

文件管理39

存儲(chǔ)介質(zhì)(續(xù)6)

(4)光盤

光盤容量大，速度快，價(jià)格便宜，但一般不可寫

可讀寫光盤驅(qū)動(dòng)器價(jià)格貴，寫過程很麻煩

光盤的空間結(jié)構(gòu)與磁盤類似

文件管理40

存儲(chǔ)介質(zhì)(續(xù)7)

(5)外存的特點(diǎn)

?:?容量大，斷電后仍可保存信息，速度較慢，成

本較低

?:?由兩部分組成：驅(qū)動(dòng)部分+存儲(chǔ)介質(zhì)

?:?種類很多

。外存空間組織、地址與存取方式非常復(fù)雜

?I/O過程方式非常復(fù)雜

文件管理41

存儲(chǔ)介質(zhì)（續(xù)8）

!*■1*B|-B?-??*n*i?"■

用戶對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的要求：

。在讀寫外存時(shí)不涉及硬件細(xì)節(jié)，使用邏輯地址和邏

輯操作（方便）

?:?存取速度盡可能快，容量大且空間利用率高（效率）

?:?外存上存放的信息安全可靠，防止來自硬件的故障

和他人的侵權(quán)（安全）

?:?可以方便地共享，動(dòng)態(tài)擴(kuò)縮

?:?攜帶拆卸

?:?了解存儲(chǔ)情況和使用情況

以盡可能小的代價(jià)完成上述要求

文件管理42

6.4文件目錄

1.文件目錄組成

。文件控制塊（FCB）：文件控制塊是操作系統(tǒng)為管理文件而

設(shè)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了為管理文件所需的所有有關(guān)信息

（文件屬性）

文件控制塊是文件存在的標(biāo)志

文件控制塊的內(nèi)容：

文件名，文件號(hào)，用戶名，文件地址，文件長度，文件類型,

文件屬性，共享計(jì)數(shù)，文件的建立日期，保存期限，最后

修改日期，最后訪問日期，口令，文件邏輯結(jié)構(gòu)，文件物

理結(jié)構(gòu)。

文件管理43

?:?文件目錄：把所有的FCB組織在一起，就構(gòu)

成了文件目錄，即文件控制塊的有序集合

?:?目錄項(xiàng)：構(gòu)成文件目錄的項(xiàng)目（目錄項(xiàng)就是

FCB）

。目錄文件：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)文件目錄的管理，通

常將文件目錄以文件的形式保存在外存，這

個(gè)文件就叫目錄文件。

文件管理44

2.目錄結(jié)構(gòu)

(1)一級(jí)目錄結(jié)構(gòu)

為所有文件建立一個(gè)目錄文件(組成一線性表)

?:?優(yōu)點(diǎn)：簡單，易實(shí)現(xiàn)

?:?缺點(diǎn)：

米限制了用戶對(duì)文件的命名

米文件平均檢索時(shí)間長

米限制了對(duì)文件的共享

文件管理45

目錄結(jié)構(gòu)（續(xù)1）

.

（2）二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)

為改變一級(jí)目錄文件目錄命名沖突，并提高對(duì)

目錄文件檢索速度而改進(jìn)。

目錄分為兩級(jí)：一級(jí)稱為主文件目錄，給出用

戶名，用戶子目錄所在的物理位置；二級(jí)稱為

用戶文件目錄（又稱用戶子目錄），給出該用

戶所有文件的FCB。

文件管理46

目錄結(jié)構(gòu)（續(xù)2）

優(yōu)點(diǎn):解決了文件的重名問題和文件共享問題

用戶名I文件名

查找時(shí)間降低

缺點(diǎn):增加了系統(tǒng)開銷

文件管理47

目錄結(jié)構(gòu)（續(xù)3）

文件管理48

■

多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)（樹型目錄）

dbba

目錄結(jié)構(gòu)（續(xù)5）

。優(yōu)點(diǎn)：

?層次結(jié)構(gòu)清晰，便于管理和保護(hù)；

?有利于文件分類；

A解決重名問題；

?提高文件檢索速度；

＞能進(jìn)行存取權(quán)限的控制

?:?缺點(diǎn)：

查找一個(gè)文件按路徑名逐層檢查，由于每個(gè)文件

都放在外存，多次訪盤影響速度。

文件管理50

3.文件目錄檢索

,當(dāng)前目錄（工作目錄）

,全路徑名：從根開始

,相對(duì)路徑：從當(dāng)前目錄開始

文件管理51

文件目錄檢索（續(xù)1）

。文件目錄改進(jìn)

為加快目錄檢索可采用目錄項(xiàng)分解法：把FCB分

成兩部分：

/符號(hào)目錄頂（次部）

文件名，文件號(hào)

/基本目錄項(xiàng)（主部）

除文件名外的所有項(xiàng)目

UNIX：I節(jié)點(diǎn)（索引節(jié)點(diǎn)）

文件管理52

文件目錄檢索（續(xù)2）

IBIBI■I?1?|-??■■BI??>?"?I?flB??I?fB1B4B1?t?4*?t?II?*><-?1?I?IBl-B

符號(hào)目錄項(xiàng)

文件管理53

文件目錄檢索（續(xù)3）

例子：一個(gè)FCB有48個(gè)字節(jié)

符號(hào)目錄項(xiàng)占8字節(jié)

文件名6字節(jié)，文件號(hào)2字節(jié)

基本目錄項(xiàng)占48-6=42字節(jié)

假設(shè)，物理塊大小512字節(jié)

文件管理54

文件目錄檢索（續(xù)4）

解：分解前：占512/48=10個(gè)FCB

分解后：占512/8=64個(gè)符號(hào)目錄項(xiàng)或

512/42=12個(gè)基本目錄項(xiàng)

假設(shè)：目錄文件有128個(gè)目錄項(xiàng)

分解前：占13塊

分解后：符號(hào)文件占2塊

基本文件占11塊

文件管理55

文件目錄檢索（續(xù)5）

查找一個(gè)文件的平均訪盤次數(shù)

分解前：（1+13）/2=7次

分解后：（1+2）/2+1=2.5次

減少了訪問硬盤的次數(shù)，提高了檢索速度

文件管理56

6.5文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

。文件記錄塊

?:?文件尋址

文件尋址與文件的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)以及設(shè)

備的物理特性密切相關(guān)。

文件信息是以塊為單位存儲(chǔ)、傳輸?shù)?。但存?/p>

文件時(shí)，對(duì)于記錄式文件，是以邏輯記錄為單位提

出存取要求的，因此，存儲(chǔ)介質(zhì)上的物理塊長度與

邏輯記錄的長度是否匹配直接影響到對(duì)文件的尋址。

文件管理57

物理塊長度和邏輯塊長度的關(guān)系

邏輯記錄長度與物理塊長相等

?:?邏輯記錄長度為物理塊長的整數(shù)因子

?:?邏輯記錄長度不為物理塊長的整數(shù)因子

文件管理58

文件尋址過程示例

。邏輯記錄長度不為物理塊長的整數(shù)因子：設(shè)物理塊長

bs,邏輯記錄所在物理塊的相對(duì)塊號(hào)rb。

/a.根據(jù)記錄號(hào)和記錄長度，確定記錄所在物理塊的相

對(duì)塊號(hào)rb

/b.由記錄長確定記錄所在的物理塊塊數(shù)n

/c.計(jì)算記錄在所占的首物理塊內(nèi)的位移量dl

，d.計(jì)算記錄所占的末物理塊內(nèi)的位移量d2,即記錄在

末塊內(nèi)占據(jù)的長度

/e.根據(jù)物理塊長bs及計(jì)算出來的dl和d2,判斷記錄是

否跨塊；若跨塊則修改n值和d2值（允許跨塊）

文件管理59

實(shí)現(xiàn)文件的表目

。系統(tǒng)打開文件表（整個(gè)系統(tǒng)一張）

放在內(nèi)存。用于保存已打開文件的FCB

此外，文件號(hào)，共享計(jì)數(shù)，修改標(biāo)志

?:?用戶打開文件表（每個(gè)進(jìn)程一個(gè)）

/文件描述符，打開方式，讀寫指針，系統(tǒng)打開文件

表入口

/進(jìn)程的PCB中，記錄了用戶打開文件表的位置

文件管理60

硼

tBiBlIaBl?tB4■?■???■??4?I?t*IBIBII4BI??B4Bt?4BIBI?1■??1

■■■，,■，??、??，'0*99*?■???，????■/nr，??■?，?，?-9-■■-H90，，???■，,?，?■???，?，

?:?用戶打開文件表與系統(tǒng)打開文件表之間的關(guān)系

,用戶打開文件表指向系統(tǒng)打開文件表

,如果多個(gè)進(jìn)程共享同一個(gè)文件，則多個(gè)用戶打開文件表

目對(duì)應(yīng)系統(tǒng)打開文件表的同一入口

用戶打開文件表(P2)文件管理61

磁盤空間管理

位示圖

＞用一串二進(jìn)制位反映磁盤空間中分配使用情況，每

個(gè)物理塊對(duì)應(yīng)一位,分配物理塊為1,否則為0

＞申請(qǐng)物理塊時(shí)，可以在位示圖中查找為0的位，返

回對(duì)應(yīng)物理塊號(hào)；

＞歸還時(shí)；將對(duì)應(yīng)位轉(zhuǎn)置0

＞描述能力強(qiáng)，適合各種物理結(jié)構(gòu)

文件管理62

?？臻e塊表

將所有空閑塊記錄在一個(gè)表中，即空閑

塊表，包括首空閑塊號(hào)和空閑塊個(gè)數(shù)兩

項(xiàng)

?:?空閑塊鏈表

把所有空閑塊鏈成一個(gè)鏈

擴(kuò)展：成組鏈接法

文件管理63

801701601501400

文件管理64

文件目錄的實(shí)現(xiàn)

18312"------16

文件名類型范圍塊數(shù)塊號(hào)???塊號(hào)

831102224

第

文件擴(kuò)展名屬性備用時(shí)間日期一長度

塊

名號(hào)

文件管理65

UNIX中的目錄

?1.引入：

*索引結(jié)點(diǎn)：含文件描述信息。

米為何引入：FCB中含:文件名、描述信息，它們較

占空間。

。例：一個(gè)FCB為64byte,一個(gè)盤塊為1024byte,設(shè)

文件共有3076個(gè)，因一個(gè)盤塊只能放1024/64:16個(gè)

FCB,故文件目錄占了3076/16=192個(gè)塊，當(dāng)要訪問

某文件，平均調(diào)度塊數(shù)為192/2=96+1=97次。

文件管理66

?a.將FCB分為

條文件名、i(index)節(jié)點(diǎn)指針和相應(yīng)的i節(jié)點(diǎn)，其中文

件名和i節(jié)點(diǎn)指針占16字節(jié)

?b.離散存放目錄結(jié)構(gòu)

條查詢時(shí)只調(diào)入文件名部分，找到后才調(diào)入相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。

文件名索引節(jié)點(diǎn)編號(hào)

文件名1

文件名2

??????

文件管理67

記錄的成組與分解

＞記錄的成組：把若干個(gè)邏輯記錄合成一組存放

一塊的工作。

＞進(jìn)行成組操作時(shí)必須使用主存緩沖區(qū)，緩沖區(qū)

的長度等于邏輯記錄長度乘以成組的塊因子。

＞記錄的成組的優(yōu)點(diǎn)：提高了存儲(chǔ)空間的利用率;

減少了啟動(dòng)外設(shè)的次數(shù)，提高系統(tǒng)的工作效率。

＞記錄的分解：從一組邏輯記錄中把一個(gè)邏輯記

錄分離出來的操作。

文件管理68

6.6文件系統(tǒng)的使用

。在文件系統(tǒng)中提供對(duì)文件的各種操作，這些操作方便、

靈活地使用文件及文件系統(tǒng)，形式分別為：系統(tǒng)調(diào)用

或命令

。主要操作

,提供設(shè)置和修改對(duì)用戶文件存取權(quán)限

,提供建立、修改、改變、刪除目錄的服務(wù)

/提供文件共享，設(shè)置訪問路徑的服務(wù)

,提供創(chuàng)建、打開、讀、寫、關(guān)閉、撤消文件等服務(wù)

/文件系統(tǒng)維護(hù)

,文件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)

文件管理69

文件操作——建立文件

?:?建立文件

create（文件名，訪問權(quán)限，（，最大長度））

①檢查參數(shù)的合法性

文件名是否符合命名規(guī)則

是一②，否則一錯(cuò)誤返回

②檢查同一目錄下有無重名文件

無一③，有一錯(cuò)誤返回

文件管理70

文件操作——建立文件（續(xù)1）

③在目錄中有無空閑位置

有T②，否則一不成功返回

有的系統(tǒng)可能要為此文件申請(qǐng)數(shù)據(jù)塊空間（申

請(qǐng)一部分或一次性全部申請(qǐng)）

④填寫目錄項(xiàng)內(nèi)容：

文件名，用戶名等，存取權(quán)限，長度置零，（，

首址）

⑤返回

文件管理71

文件操作——打開文件

?:?打開文件

使用文件的第一步，任何一個(gè)文件使用前都要

先打開，即把FCB送到內(nèi)存

fd=open（文件路徑名，打開方式）

①根據(jù)文件路徑名查目錄，找到FCB主部；

文件管理72

文件操作——打開文件（續(xù)1）

②根據(jù)打開方式、共享說明和用戶身份檢查訪問

合法性；

③根據(jù)文件號(hào)查系統(tǒng)打開文件表，看文件是否已

被打開；

是一共享計(jì)數(shù)加1

否則一將外存中的FCB主部等信息填入系統(tǒng)打開

文件表空表項(xiàng)，共享計(jì)數(shù)置為1；

文件管理73

文件操作——打開文件（續(xù)2）

④在用戶打開文件表中取一空表項(xiàng)，填寫打開

方式等，并指向系統(tǒng)打開文件表對(duì)應(yīng)表項(xiàng)

返回信息：fd：文件描述符，是一個(gè)非負(fù)整數(shù),

用于以后讀寫文件

文件管理74

文件操作（續(xù)）

。讀文件

read（文件名，（文件內(nèi)位置），要讀的長度，

內(nèi)存目的地址）

隱含參數(shù)：進(jìn)程主

①檢查長度是否為正整數(shù)

是一?②，否則一⑩

②根據(jù)文件名查找目錄，確定該文件在目錄中的

位置。？？？

文件管理75

文件操作（續(xù)）

③根據(jù)隱含參數(shù)中的進(jìn)程主和目錄中該文件的

存儲(chǔ)權(quán)限數(shù)據(jù)，檢查是否有權(quán)讀？

是一④，否則一⑩

④由文件內(nèi)位置與要讀的長度計(jì)算最末位置，

將其與目錄中的文件長度比較，超過否？

是一⑩，否則一⑤

也可將參數(shù)中的長度修正為目錄中的文件長度

⑤根據(jù)參數(shù)中的位置、長度和目錄中的映射信

息，確定塊號(hào)、塊數(shù)、塊內(nèi)位移與長度。（多

次讀盤）

文件管理76

文件操作（續(xù)）

⑥根據(jù)下一塊號(hào)讀塊至內(nèi)存緩沖區(qū)

⑦根據(jù)塊內(nèi)位移長度取出要讀的內(nèi)容，送至參數(shù)

中的內(nèi)存目的地址

⑧根據(jù)塊內(nèi)長度或起始?jí)K號(hào)+塊數(shù)，確定還讀下

一塊嗎？同時(shí)確定下一塊塊號(hào)

是一⑤，否則一⑨

⑨正常返回

⑩錯(cuò)誤返回,返回相應(yīng)錯(cuò)誤號(hào)

文件管理77

文件操作（續(xù)）

。寫文件

?:?關(guān)閉文件

?:?刪除文件：撤銷FCB

?:?指針定位

seek（fd,新指針的位置）

①由fd查用戶打開文件表，找到對(duì)應(yīng)的入口；

②將用戶打開文件表中文件讀寫指針位置設(shè)為

新指針的位置，供后繼讀寫命令存取該指針處

文件內(nèi)容

文件管理78

目錄操作（N耳

/Create

/Delete

/Opendir

/Closedir

/Readdir

/Rename

/Link

/Unlink

（.和??的意義）

文件管理79

6.7文件系統(tǒng)的安全性

。文件共享

1.定義

一個(gè)文件被多個(gè)用戶或程序使用。

共享形式：

＞被多個(gè)用戶使用，有存取權(quán)限控制

A被多個(gè)程序使用，但各用自己的讀寫指針

＞被多個(gè)程序使用，但共享讀寫指針

2.目的

＞節(jié)省時(shí)間和存儲(chǔ)空間，減少了用戶工作量;

令進(jìn)程間通過文件交換信息

文件管理80

共享文件的實(shí)現(xiàn)

＞由系統(tǒng)目錄實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的共享

用戶通過全路徑名共享地訪問這些文件

＞對(duì)要共享的文件進(jìn)行連接

通過“連接（Link）”命令，在用戶自己的目

錄項(xiàng)中對(duì)要共享的文件建立起相應(yīng)的表目，即

建立兩個(gè)文件的等價(jià)關(guān)系。

文件管理81

畬................................

....■…………...………....B

連接實(shí)現(xiàn)方案：

＞目錄項(xiàng)指向I節(jié)點(diǎn)

問題：刪除文件時(shí)怎樣考慮？

＞符號(hào)連接

系統(tǒng)建立一個(gè)新文件，類型為LINK,放在要連

接的目錄下。該文件包含了連接它的文件的

路徑名

問題：系統(tǒng)開銷大

優(yōu)勢(shì)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可用

文件管理82

2.文件的保護(hù)

。文件保護(hù)的概念

用于提供文件安全性的特定的操作系統(tǒng)機(jī)制。

（對(duì)擁有權(quán)限的用戶，應(yīng)該讓其進(jìn)行相應(yīng)操作，

否則，應(yīng)禁止；防止其他用戶冒充對(duì)文件進(jìn)行操

作）

?:?實(shí)現(xiàn)：

*身份識(shí)別

*存取控制

文件管理83

文件的保護(hù)機(jī)制（續(xù)1）

。身份識(shí)別

當(dāng)用戶登錄時(shí)，檢驗(yàn)其身份

（用戶是誰，用戶擁有什么，用戶知道什么）

>口令

A物理鑒定

磁卡，指紋，簽名分析，手指長度分析

A對(duì)策

文件管理84

文件的保護(hù)機(jī)制（續(xù)2）

tBt■I?t>tB4Btfe4BI■?>4>IfrIBIBtBflB1BflB4B1BIB??4?，BIB<?4>1?I?IBtBI?

。存取控制

審查用戶的權(quán)限

審查本次操作的合法性

文件管理85

文件的保護(hù)機(jī)制（續(xù)3）

方法一:存取控制矩陣

文件

-BC

Userlrwrw

User2e

文件管理86

文件的保護(hù)機(jī)制(續(xù)4)

方法二：文件的二級(jí)存取控制

第一級(jí)：對(duì)訪問者的識(shí)別

對(duì)用戶分類：

*文件主(owner)

*文件主的同組用戶(group)

其它用戶(other)

文件管理87

文件的保護(hù)機(jī)制（續(xù)5）

第二級(jí)：對(duì)操作權(quán)限的識(shí)別

對(duì)操作分類：

?:?讀操作（r）

。寫操作（w）

?:?執(zhí)行操作（x）

。不能執(zhí)行任何操作（-）

文件管理88

文件的保護(hù)機(jī)制（續(xù)6）

rwxrwxrwx

chmod711filei

chmod755file2

文件管理89

3.文件系統(tǒng)的安全性

?：?概念

確保未經(jīng)授權(quán)的用戶不能存取某些文件。涉及到

技術(shù)、管理、法律、道德和政治等問題。

文件管理90

文件系統(tǒng)的安全性（續(xù)1）

?數(shù)據(jù)丟失

災(zāi)難

硬件或軟件故障

人的失誤

可通過備份解決（存放在另一處）

文件管理91

文件系統(tǒng)的安全性（續(xù)12）

?入侵者

積極的或消極的

A非技術(shù)人員的偶然窺視

＞入侵者的窺視

＞明確的偷竊企圖

＞商業(yè)或軍事間諜活動(dòng)

設(shè)計(jì)安全時(shí)要考慮是哪一類入侵者

文件管理92

文件系統(tǒng)的安全性（續(xù)4）

?一般性的安全攻擊

?請(qǐng)求內(nèi)存頁、磁盤空間和磁帶并讀取其內(nèi)容

?嘗試非法的系統(tǒng)調(diào)用（非法參數(shù)、不合適的參數(shù)）

?在登錄過程中鍵入DEL,BREAK

?寫一段程序欺騙用戶……

?:?病毒防御

文件管理93

安全性的設(shè)計(jì)原則

/系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須公開

/缺省屬性應(yīng)該不可訪問

,檢查當(dāng)前權(quán)限

,給每個(gè)進(jìn)程賦予一個(gè)最小的可能權(quán)限

,保護(hù)機(jī)制應(yīng)簡單一致，嵌入到系統(tǒng)底層

,采取的方案必須可接受

文件管理94

6.8文件系統(tǒng)的性能問題

?磁盤服務(wù)：其速度和可靠性成為系統(tǒng)性能

和可靠性的主要瓶頸。

＞設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡可能減少磁盤訪問次

數(shù)

文件管理95

攀1.塊高速緩存

?系統(tǒng)在內(nèi)存中保存一些塊，邏輯上它們

屬于磁盤

＞檢查所有的讀請(qǐng)求，看所需的塊是否在

高速緩存中。如果在，則可直接進(jìn)行讀

操作。否則，首先要將塊讀到高速緩存,

再拷貝到所需的地方

＞如果高速緩存已滿，則需要進(jìn)行淘汰

文件管理96

2.合理分配磁盤空間

?■■B1■I?1???t????B4??-?I??B??1BtB1-11"■?-Btft?"?t1*??-?!"?1-■l-?

分配塊時(shí)，把有可能順序存取的塊放

在一起，最好在同一柱面上，從而減

少磁盤臂的移動(dòng)次數(shù)。

舉

文件管理97

3.磁盤驅(qū)動(dòng)調(diào)度

?當(dāng)多個(gè)訪盤請(qǐng)求在等待時(shí)，采用一定的

策略，對(duì)這些請(qǐng)求的服務(wù)順序調(diào)整安排,

旨在降低平均磁盤服務(wù)時(shí)間，達(dá)到公平、

高效。

/公平：一個(gè)I/O請(qǐng)求在有限時(shí)間內(nèi)滿足

，高效：減少設(shè)備機(jī)械運(yùn)動(dòng)所帶來的時(shí)間

浪費(fèi)

文件管理98

I?I■t?I?i????>??1B?B4?4>I?IB?BI?4B1Bi■■B1??B?BtB4BI■??4BI?t?1?1B

A磁盤調(diào)度考慮的問題：

一次訪盤時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間+

存取時(shí)間

?:?減少尋道時(shí)間

?:?減少延遲時(shí)間

文件管理99

磁盤移臂調(diào)度算法

?:?先來先服務(wù)：按訪問請(qǐng)求到達(dá)的先后

次序服務(wù)

/優(yōu)點(diǎn)：簡單，公平；

/缺點(diǎn)：效率不高，相臨兩次請(qǐng)求可能

會(huì)造成最內(nèi)到最外的柱面尋道，使磁

頭反復(fù)移動(dòng)，增加了服務(wù)時(shí)間，對(duì)機(jī)

械也不利

文件管理100

假設(shè)磁盤訪問序列：98,183,37,122,

14,124,65,67

讀寫頭起始位置：53

安排磁頭服務(wù)序列

計(jì)算磁頭移動(dòng)總距離（道數(shù)）

文件管理101

舞122124IS3

.I—卜卜

文件管理102

?:?最短尋道時(shí)間優(yōu)先：優(yōu)先選擇距當(dāng)前磁

頭最近的訪問請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，主要考慮

尋道優(yōu)先

/優(yōu)點(diǎn)：改善了磁盤平均服務(wù)時(shí)間；

，缺點(diǎn)：造成某些訪問請(qǐng)求長期等待得不

到服務(wù)

文件管理103

M符

I+6$CT的m124睹3

T十卜.I—卜卜

文件管理104

?:?掃描算法（電梯算法）

克服了最短尋道優(yōu)先的缺點(diǎn)，既考慮了距離,

同時(shí)又考慮了方向。

A具體做法：當(dāng)設(shè)備無訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭不

動(dòng)；當(dāng)有訪問請(qǐng)求時(shí)，磁頭按一個(gè)方向移

動(dòng)，在移動(dòng)過程中對(duì)遇到的訪問請(qǐng)求進(jìn)行

服務(wù)，然后判斷該方向上是否還有訪問請(qǐng)

求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動(dòng)方

向，并為經(jīng)過的訪問請(qǐng)求服務(wù)，如此反復(fù)

文件管理105

掃描算法（電梯算法）的磁頭移動(dòng)軌跡

文件管理106

，■牝

4

由描算法圖例

文件管理107

。單向掃描調(diào)度算法

A總是從0號(hào)柱面開始向里掃描

?按照各自所要訪問的柱面位置的次序去選擇

訪商者

?移動(dòng)臂到達(dá)最后個(gè)一個(gè)柱面后，立即帶動(dòng)讀

寫磁頭快速返回到0號(hào)柱面

?返回時(shí)不為任何的等待訪問者服務(wù)

?返回后可再次進(jìn)行掃描

文件管理108

磁盤旋轉(zhuǎn)調(diào)度算法

旋轉(zhuǎn)調(diào)度：根據(jù)延遲時(shí)間來決定執(zhí)行次序的調(diào)度。

分析：

＞若干等待訪問者請(qǐng)求訪問同一磁道上的不同扇

區(qū)；

＞若干等待訪問者請(qǐng)求訪問不同磁道上的不同編

號(hào)的扇區(qū)；

＞若干等待訪問者請(qǐng)求訪問不同磁道上具有相同

的扇區(qū)。

文件管理109

解決方案：

?:?對(duì)于前兩種情況：總是讓首先到達(dá)讀

寫磁頭位置下的扇區(qū)先進(jìn)行傳送操作

?:?對(duì)于第三種情況：這些扇區(qū)同時(shí)到達(dá)

讀寫磁頭位置下，可任意選擇一個(gè)讀

寫磁頭進(jìn)行傳送操作

文件管理110

磁盤旋轉(zhuǎn)調(diào)度——例子

請(qǐng)求順序磁道號(hào)磁頭號(hào)扇區(qū)號(hào)

執(zhí)行次序?

文件管理111

信息的優(yōu)化分布

記錄在磁道上的排列方式也會(huì)影響輸入輸出操作

的時(shí)間

例子：處理程序要求順序處理8個(gè)