操作系统第6章课件.ppt

1、2022年8月3日星期三第第6 6章章 文件管理文件管理 2022年8月3日星期三6.1 文件和文件系统文件和文件系统6.2 文件的逻辑结构文件的逻辑结构6.3 外存分配方式外存分配方式6.4 目录管理目录管理6.5 文件存储空间的管理文件存储空间的管理6.6 文件共享和文件保护文件共享和文件保护2022年8月3日星期三熟练掌握：熟练掌握：文件与文件系统概念；文件的分类与对文件文件与文件系统概念；文件的分类与对文件的建立、删除、打开、关闭等相关操作；顺序文件、的建立、删除、打开、关闭等相关操作；顺序文件、索引文件、索引顺序文件、直接文件和哈希文件的组索引文件、索引顺序文件、直接文件和哈希文件的

2、组织形式及各自的优缺点；如何对文件进行保护及访问织形式及各自的优缺点；如何对文件进行保护及访问权限的设置。权限的设置。掌握：掌握：外存分配方式即连续空间分配、链接空间分配、外存分配方式即连续空间分配、链接空间分配、索引空间分配和组合空间分配以及各自的优缺点；单索引空间分配和组合空间分配以及各自的优缺点；单级目录、两级目录、树形目录的管理以及目录的查询级目录、两级目录、树形目录的管理以及目录的查询方法；利用空闲表法和空闲链表法、位示图法、成组方法；利用空闲表法和空闲链表法、位示图法、成组链接法等方法对磁盘空间的分配和回收以及各自的优链接法等方法对磁盘空间的分配和回收以及各自的优缺点缺点。了解：了

3、解：文件共享及在实现过程中存在的问题与相应的解文件共享及在实现过程中存在的问题与相应的解决措施。决措施。2022年8月3日星期三6.1 6.1 文件文件和文件系统和文件系统6.1.1 6.1.1 数据项数据项、记录和文件、记录和文件 1 1数据项数据项 数据项数据项是计算机中操作系统处理的最小信息单位，是基本数据单是计算机中操作系统处理的最小信息单位，是基本数据单元。元。计算机计算机处理技术处理的最基本对象就是处理技术处理的最基本对象就是“数据项数据项”。数据是信息。数据是信息在计算机中的在计算机中的“符号表示符号表示”，数据的含义是完整的，而且都采用某一，数据的含义是完整的，而且都采用某一种

4、种“代码代码”方式出现。方式出现。在在文件的文件的“记录记录”中，包含了许多的中，包含了许多的“数据项数据项”，但是，但是“数据项数据项”就是不能再分解的最小就是不能再分解的最小“数据单位数据单位”了。了。2022年8月3日星期三 2 2记录记录 记录记录是相关数据项的集合。记录包含的数据项并不是任意的，是相关数据项的集合。记录包含的数据项并不是任意的，在文件中要求记录包含的数据项之间都存在一些直接或者间接的在文件中要求记录包含的数据项之间都存在一些直接或者间接的联系。联系。3 3文件文件 文件是在逻辑上具有完整意义的信息集合，是信息的一种组文件是在逻辑上具有完整意义的信息集合，是信息的一种组

5、织形式，是存储在外存上的具有标志名的一组相关信息的集合。织形式，是存储在外存上的具有标志名的一组相关信息的集合。2022年8月3日星期三系统文件：指与操作系系统文件：指与操作系统本身及其他系统程序统本身及其他系统程序相关的一些信息所组成相关的一些信息所组成的文件。这类文件不直的文件。这类文件不直接对用户开放，只供系接对用户开放，只供系统自身调用，或通过系统自身调用，或通过系统调用为用户服务统调用为用户服务。库文件：库文件只允许用户对其进库文件：库文件只允许用户对其进行读取、执行，但不允许对其进行行读取、执行，但不允许对其进行修改。库文件是指一些标准程序及修改。库文件是指一些标准程序及常用的实用

6、程序组成的文件，如常用的实用程序组成的文件，如C C语语言中的言中的I/OI/O函数库等。函数库等。用户文件：主要是指用户建立的程用户文件：主要是指用户建立的程序和数据文件等。序和数据文件等。1 1按文件用途分类按文件用途分类按文件的用途划分，可以分为以下按文件的用途划分，可以分为以下3 3类：类：6.1.2 6.1.2 文件类型文件类型2022年8月3日星期三对于只允许执行读操作的文件，对于只允许执行读操作的文件，允许文件的所有者及授权的用允许文件的所有者及授权的用户去读，但不允许执行除读操户去读，但不允许执行除读操作以外的所有操作。作以外的所有操作。允许文件的拥有者和授权允许文件的拥有者和

7、授权用户去调用执行该文件而用户去调用执行该文件而不允许读和写不允许读和写。只允许拥有者和授权者对其只允许拥有者和授权者对其执行读写操作，而禁止其他执行读写操作，而禁止其他用户对其进行任何访问的文用户对其进行任何访问的文件。件。用户具有一切权限的文用户具有一切权限的文件。件。文件类型文件类型2 2按存取控制权限分类按存取控制权限分类2022年8月3日星期三临时文件：用于系统在临时文件：用于系统在工作过程中产生的中间工作过程中产生的中间文件，一般有暂存的目文件，一般有暂存的目录，正常工作完毕会自录，正常工作完毕会自动删除，但是在工作出动删除，但是在工作出现异常情况时，会残留现异常情况时，会残留不少

8、临时文件不少临时文件。永久文件：指一般受系统管理的各永久文件：指一般受系统管理的各种系统和用户经常用到的文件，存种系统和用户经常用到的文件，存放在硬盘或光盘等外存上。放在硬盘或光盘等外存上。档案文件：指用于备份保存起来的档案文件：指用于备份保存起来的文件，以便查阅和备份使用。文件，以便查阅和备份使用。3 3按存放时限分类按存放时限分类2022年8月3日星期三输入文件：指只能用于输入文件：指只能用于输入的文件，如读卡机输入的文件，如读卡机和纸带输入机上的文件。和纸带输入机上的文件。输出文件：指只能用于输出的文件，输出文件：指只能用于输出的文件，如打印机上的文件。如打印机上的文件。输入输入/输出文

9、件：指既可用于输入又输出文件：指既可用于输入又可以用于输出的文件，如磁盘上的可以用于输出的文件，如磁盘上的文件。文件。4 4按文件的信息流向分类按文件的信息流向分类2022年8月3日星期三普通文件：是指系统中普通文件：是指系统中一般组织格式的文件，一般组织格式的文件，一般是字符流组成的无一般是字符流组成的无结构文件，包括系统文结构文件，包括系统文件、用户文件、库函数件、用户文件、库函数文件和实用程序文件。文件和实用程序文件。目录文件：是由文件的目录信息构目录文件：是由文件的目录信息构成的特殊文件，操作系统将目录也成的特殊文件，操作系统将目录也做成文件，主要是为了更好地管理做成文件，主要是为了更

10、好地管理普通文件与目录。普通文件与目录。特殊文件：特殊文件也称为设备文特殊文件：特殊文件也称为设备文件，在件，在UNIX或或Linux操作系统中，操作系统中，所有的所有的I/O外部设备都被看做特殊外部设备都被看做特殊文件，便于统一管理。文件，便于统一管理。5 5按文件的组织形式分类按文件的组织形式分类2022年8月3日星期三6.1.3 6.1.3 文件的操作文件的操作1 1建立文件建立文件2 2打开文件打开文件3 3删除文件删除文件4 4读文件读文件5 5写文件写文件6 6读读/写定位文件写定位文件7 7截断文件截断文件8 8关闭文件关闭文件2022年8月3日星期三6.1.46.1.4 文件访

11、问方式文件访问方式 1 1顺序存取方式顺序存取方式 顺序存取顺序存取表现为当前读表现为当前读/写指针的变化，可以用一个读写指针的变化，可以用一个读/写指针写指针R R指指向下一次要读出的记录起始地址，那么当该记录读出后，对向下一次要读出的记录起始地址，那么当该记录读出后，对R R作相应作相应的修改。例如，对定长记录文件，有的修改。例如，对定长记录文件，有 Ri=Ri+LRi=Ri+L 式式中，中，L L是记录长度。是记录长度。2022年8月3日星期三 2 2随机存取方式随机存取方式 随机存取随机存取是把文件视为带有编号的块或记录，每块的大小通常是是把文件视为带有编号的块或记录，每块的大小通常是

12、一样的，它们被操作系统作为最小的定位单位。每块大小可以是一样的，它们被操作系统作为最小的定位单位。每块大小可以是1 1字字节、节、512512字节、字节、1 0241 024字节或其他数值，具体大小取决于系统。字节或其他数值，具体大小取决于系统。随机存取随机存取是根据需要任意存取文件中任何块或记录。随机存取也是根据需要任意存取文件中任何块或记录。随机存取也称为直接存取，它是基于磁盘的文件模式。称为直接存取，它是基于磁盘的文件模式。2022年8月3日星期三 3 3按键存取方式按键存取方式按键存取也叫索引存取。它是对文件中的记录按某个数据项按键存取也叫索引存取。它是对文件中的记录按某个数据项（通常

13、叫键）的值来排列，从而可以根据键值来快速存取。按键存取（通常叫键）的值来排列，从而可以根据键值来快速存取。按键存取通常用在复杂文件系统，特别是数据库管理系统中。通常用在复杂文件系统，特别是数据库管理系统中。在进行存取时，首先从索引表上搜索到要进行存取记录的逻辑在进行存取时，首先从索引表上搜索到要进行存取记录的逻辑位置，再将其转换到相应的物理地址后进行存取。若文件的索引表很位置，再将其转换到相应的物理地址后进行存取。若文件的索引表很大，则可以将索引表再进行索引，以形成具有层次结构的多重索引。大，则可以将索引表再进行索引，以形成具有层次结构的多重索引。2022年8月3日星期三6.1.5 6.1.5

14、 文件结构和文件系统文件结构和文件系统 文件结构文件结构指文件中信息的配置和构造方式。文件不但反映指文件中信息的配置和构造方式。文件不但反映了用户概念中的逻辑结构，而且和存放它的辅助存储器的存了用户概念中的逻辑结构，而且和存放它的辅助存储器的存储结构紧密相关。储结构紧密相关。在在操作系统中负责管理与存取文件信息的软件机构称为操作系统中负责管理与存取文件信息的软件机构称为文件系统。它用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检文件系统。它用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。件

15、使用和操作方法。2022年8月3日星期三文件系统的功能主要有以下几个方面：文件系统的功能主要有以下几个方面：（1 1）对文件进行）对文件进行“按名存取按名存取”。（2 2）文件存储空间的分配与回收。）文件存储空间的分配与回收。（3 3）操作管理文件和目录的文件系统要提供用户对文件和目录的操作命）操作管理文件和目录的文件系统要提供用户对文件和目录的操作命令，使用户很方便对文件和目录进行诸如建立、删除、查找等操作。令，使用户很方便对文件和目录进行诸如建立、删除、查找等操作。（4 4）实现文件的共享、保护和保密。）实现文件的共享、保护和保密。（5 5）提供合适的文件存取方法。）提供合适的文件存取方法

16、。2022年8月3日星期三6.26.2 文件的逻辑结构文件的逻辑结构6.2.1 6.2.1 记录式文件和流式文件记录式文件和流式文件 1.1.记录式文件记录式文件 记录式记录式文件由若干逻辑记录组成，所谓逻辑记录，是指文件中文件由若干逻辑记录组成，所谓逻辑记录，是指文件中按信息在逻辑上的独立含义划分的一个信息单位，记录在文件中的按信息在逻辑上的独立含义划分的一个信息单位，记录在文件中的排列可能有顺序关系，但除此之外，记录与记录之间不存在其他任排列可能有顺序关系，但除此之外，记录与记录之间不存在其他任何关系。每个逻辑记录表达一个确定的信息。何关系。每个逻辑记录表达一个确定的信息。2022年8月3

17、日星期三 2 2流式文件流式文件 流式文件是指文件内部无结构，数据不再流式文件是指文件内部无结构，数据不再组织成组织成记录，记录，而是按序依次排列的一串信息集合，也而是按序依次排列的一串信息集合，也可以看成可以看成是只有一个是只有一个记录的特殊记录式文件。字符流记录的特殊记录式文件。字符流式文件式文件通常按长度来读取所通常按长度来读取所需信息，也可以用插入需信息，也可以用插入的特殊字符的特殊字符作为分界。作为分界。2022年8月3日星期三6.2.2 6.2.2 顺序文件顺序文件 顺序文件是最常用的文件组织形式。在这类文件中，每个记顺序文件是最常用的文件组织形式。在这类文件中，每个记录都使用一种

18、固定的格式。所有记录都具有相同的长度，并且由录都使用一种固定的格式。所有记录都具有相同的长度，并且由相同数目、长度固定的数据项按特定的顺序组成。由于每个数据相同数目、长度固定的数据项按特定的顺序组成。由于每个数据项的长度和位置已知，因此只需要保存各个域的值，每个数据项项的长度和位置已知，因此只需要保存各个域的值，每个数据项的数据项名和长度是该文件结构的属性。的数据项名和长度是该文件结构的属性。2022年8月3日星期三6.2.3 6.2.3 索引索引文件文件 索引文件的基本原理是先组织一个顺序文件，然后在顺序文索引文件的基本原理是先组织一个顺序文件，然后在顺序文件上把所有的属性都分别作为不同的索

19、引关键字，分别建立每一件上把所有的属性都分别作为不同的索引关键字，分别建立每一个属性的索引文件，组织成一个个属性的索引文件，组织成一个“索引文件集索引文件集”。“索引文件集索引文件集”是全部索引文件的集合，里面包含了每一个是全部索引文件的集合，里面包含了每一个属性对应的索引文件，每一个索引文件中都有记录指针，当然顺属性对应的索引文件，每一个索引文件中都有记录指针，当然顺序文件中也有记录指针。每一个起作用的索引文件的记录指针是序文件中也有记录指针。每一个起作用的索引文件的记录指针是主动的，顺序文件中的记录指针总是被动的，顺序文件的记录指主动的，顺序文件中的记录指针总是被动的，顺序文件的记录指针随

20、着起作用的索引文件的记录指针的变化而同步移动。针随着起作用的索引文件的记录指针的变化而同步移动。另外另外，再设置一个指针指向索引文件集，当指针指向某一个，再设置一个指针指向索引文件集，当指针指向某一个索引文件时，则此索引文件启动，因此这个指针又称为索引文件索引文件时，则此索引文件启动，因此这个指针又称为索引文件的启动指针。的启动指针。2022年8月3日星期三6.2.4 6.2.4 索引索引顺序文件顺序文件 索引索引顺序文件保留了顺序文件的关键特性，即记录是按关键顺序文件保留了顺序文件的关键特性，即记录是按关键数据项的顺序组织起来的。但它还增加了两个文件：用于支持随数据项的顺序组织起来的。但它还

21、增加了两个文件：用于支持随机访问的索引文件和溢出文件。索引文件提供了快速接近记录的机访问的索引文件和溢出文件。索引文件提供了快速接近记录的查找能力。查找能力。溢出溢出文件类似于顺序文件中使用的日志文件，但是溢出文件文件类似于顺序文件中使用的日志文件，但是溢出文件中的记录可以根据它前面记录的指针进行定位。中的记录可以根据它前面记录的指针进行定位。索引顺序文件是顺序文件的很大改进。其基本原理是文件的索引顺序文件是顺序文件的很大改进。其基本原理是文件的内容仍然采用内容仍然采用“顺序方式顺序方式”组织，然后在顺序内容的基础上以某组织，然后在顺序内容的基础上以某一个一个“属性属性”为依据建立一个为依据建

22、立一个“附属附属”的规模很小的的规模很小的“索引表索引表”，索引表也以文件的方式存在。索引表也以文件的方式存在。2022年8月3日星期三6.2.5 6.2.5 直接直接文件和哈希文件文件和哈希文件 直接文件与顺序文件以及索引顺序文件一样，要求在每条记录直接文件与顺序文件以及索引顺序文件一样，要求在每条记录中有一个关键字。也就是说，直接文件是在直接存取存储设备上，中有一个关键字。也就是说，直接文件是在直接存取存储设备上，记录的关键字与其地址之间可以通过某种方式建立对应关系，利记录的关键字与其地址之间可以通过某种方式建立对应关系，利用这种关系实现存取的文件。但这里不存在顺序排序的概念。直用这种关系

23、实现存取的文件。但这里不存在顺序排序的概念。直接文件常在要求快速访问时使用，并且记录的长度是固定的，通接文件常在要求快速访问时使用，并且记录的长度是固定的，通常一次只访问一条记录。常一次只访问一条记录。2022年8月3日星期三 哈希文件是利用哈希函数法组织的文件，它类似于哈希表，哈希文件是利用哈希函数法组织的文件，它类似于哈希表，即根据文件记录的关键字的特点设计一种哈希函数和处理冲突的即根据文件记录的关键字的特点设计一种哈希函数和处理冲突的方法从而将记录散列到外存储器上。方法从而将记录散列到外存储器上。哈希文件通过计算来确定一个记录在存储设备上的存储位置，哈希文件通过计算来确定一个记录在存储设

24、备上的存储位置，因而逻辑顺序的记录在物理地址上不是相邻的，因此哈希文件不因而逻辑顺序的记录在物理地址上不是相邻的，因此哈希文件不宜使用磁带存储，只适宜使用磁盘存储；并且哈希文件这种结构宜使用磁带存储，只适宜使用磁盘存储；并且哈希文件这种结构只适用于定长记录文件和按记录键随机查找的访问方式。只适用于定长记录文件和按记录键随机查找的访问方式。2022年8月3日星期三 连续空间分配是最简单的磁盘空间分配策略，如图所示为文连续空间分配是最简单的磁盘空间分配策略，如图所示为文件件A A与文件与文件B B的存储结构示意图。每一个文件都占据了一个完整且的存储结构示意图。每一个文件都占据了一个完整且连续的磁盘

25、区域。对这样的文件，由于空间的连续性，当访问下连续的磁盘区域。对这样的文件，由于空间的连续性，当访问下一个磁盘块时，通常无须移动磁头，而只有当磁头从一个磁道的一个磁盘块时，通常无须移动磁头，而只有当磁头从一个磁道的最后一个块移向下一个磁道的第一个块时，才需要移动磁头。因最后一个块移向下一个磁道的第一个块时，才需要移动磁头。因此这种分配策略的磁头移动次数最少。对于这类文件，目录通常此这种分配策略的磁头移动次数最少。对于这类文件，目录通常只需要包括文件名、文件块的起始地址和文件长度。只需要包括文件名、文件块的起始地址和文件长度。6.3.1 6.3.1 连续空间分配连续空间分配6.3 6.3 外存分

26、配方式外存分配方式 2022年8月3日星期三连续空间分配图连续空间分配图2022年8月3日星期三6.3.2 6.3.2 链接空间分配链接空间分配 链接链接空间分配每一个文件都有一个相应的磁盘块的链表。这空间分配每一个文件都有一个相应的磁盘块的链表。这些磁盘块可以分散在磁盘的任何地方，除了最后一个磁盘块外，些磁盘块可以分散在磁盘的任何地方，除了最后一个磁盘块外，每一个磁盘块都有一个指针指向下一个磁盘块。这些指针对用户每一个磁盘块都有一个指针指向下一个磁盘块。这些指针对用户是透明的。对于采用链接空间分配的文件，目录项通常只需包括是透明的。对于采用链接空间分配的文件，目录项通常只需包括文件名、文件块

27、的起始地址和结束地址。文件名、文件块的起始地址和结束地址。2022年8月3日星期三链接空间分配链接空间分配2022年8月3日星期三6.3.3 FAT6.3.3 FAT和和NTFSNTFS技术技术 1.FAT 1.FAT文件系统文件系统 FAT32 FAT32主要具有以下特点：主要具有以下特点：（1 1）FAT32FAT32可以支持最大为可以支持最大为2 TB2 TB的磁盘空间。但不支持小于的磁盘空间。但不支持小于512 512 MBMB的分区。基于的分区。基于FAT32FAT32的的Windows 2000/XPWindows 2000/XP可以支持的分区最大为可以支持的分区最大为32 32

28、GBGB，而基于，而基于FAT16FAT16的的Windows 2000/XPWindows 2000/XP支持的分区最大为支持的分区最大为4GB4GB。（2 2）由于采用更小的簇，）由于采用更小的簇，FAT32FAT32可以更有效率地保存信息。可以更有效率地保存信息。（3 3）FAT32FAT32文件系统可以重新定位根目录和使用文件系统可以重新定位根目录和使用FATFAT的备份副本。的备份副本。2022年8月3日星期三 2.NTFS 2.NTFS文件系统文件系统 NTFS NTFS文件系统首先在文件系统首先在Windows NTWindows NT上实现，它是一个全新的文上实现，它是一个全新

29、的文件系统，是一个基于安全性的文件系统，是件系统，是一个基于安全性的文件系统，是Windows NTWindows NT所采用的所采用的独特的文件系统结构。独特的文件系统结构。NTFSNTFS除克服了除克服了FATFAT文件系统的缺点外，还有文件系统的缺点外，还有其自身的独特其自身的独特优点。优点。NTFSNTFS主要有以下特点：主要有以下特点：（1 1）适用于大磁盘和大文件）适用于大磁盘和大文件（2 2）可恢复性）可恢复性（3 3）NTFSNTFS支持对分区、文件夹和文件的压缩。支持对分区、文件夹和文件的压缩。（4 4）NTFSNTFS采用更小的簇。采用更小的簇。（5 5）安全性）安全性（6

30、 6）硬盘配额管理）硬盘配额管理（7 7）多数据流。）多数据流。（8 8）通用索引功能。）通用索引功能。2022年8月3日星期三6.3.4 6.3.4 索引空间分配索引空间分配 索引空间分配结构，如图所示。文件信息可存放在不连续的索引空间分配结构，如图所示。文件信息可存放在不连续的物理块中，每一个文件都有一个索引块。这个索引块就是一个表，物理块中，每一个文件都有一个索引块。这个索引块就是一个表，每一个表项存放文件所占有的单个磁盘块的地址。表的第每一个表项存放文件所占有的单个磁盘块的地址。表的第i i项指项指向文件的第向文件的第i i个磁盘块，表中每项指出文件信息所在的逻辑块号个磁盘块，表中每项

31、指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。对于这类文件，目录的每一项可以包括和与之对应的物理块号。对于这类文件，目录的每一项可以包括文件名和文件索引块的地址。文件名和文件索引块的地址。2022年8月3日星期三索引空间索引空间分配结构分配结构2022年8月3日星期三6.4 6.4 目录管理目录管理6.4.16.4.1 文件控制块和索引结点文件控制块和索引结点 用于用于描述和控制文件的数据结构被称为描述和控制文件的数据结构被称为文件控制块文件控制块（file file control blockcontrol block，FCBFCB）。文件控制块的有序集合称为文件目录，）。文件控制块的有序

32、集合称为文件目录，即一个文件控制块占用一个文件目录项。通常，把文件目录也即一个文件控制块占用一个文件目录项。通常，把文件目录也看做一个文件，称为目录文件。看做一个文件，称为目录文件。2022年8月3日星期三 1 1文件控制块文件控制块 每个每个文件在文件目录中登记一项，作为文件系统建立和维护文件文件在文件目录中登记一项，作为文件系统建立和维护文件的清单。的清单。FCBFCB一般应该包括以下内容：一般应该包括以下内容：(1)(1)有关文件存取控制的信息。如文件名。有关文件存取控制的信息。如文件名。(2)(2)有关文件结构的信息。文件的逻辑结构，如记录类型、记录个数有关文件结构的信息。文件的逻辑结

33、构，如记录类型、记录个数等。文件的物理结构，如文件所在设备名。等。文件的物理结构，如文件所在设备名。(3)(3)有关文件使用信息。它包括已打开该文件的进程数等。有关文件使用信息。它包括已打开该文件的进程数等。(4)(4)有关文件管理信息。如文件建立日期。有关文件管理信息。如文件建立日期。2022年8月3日星期三 2 2索引结点索引结点 为了减少检索文件访问的物理块数，为了减少检索文件访问的物理块数，UNIXUNIX把目录中把目录中的文件的文件和其他和其他管理信息分开，后者单独组成定长的一管理信息分开，后者单独组成定长的一个数据结构个数据结构，称为索引结点，称为索引结点inodeinode），该

34、索引结点的编号称索引号），该索引结点的编号称索引号。在。在文件目录项中仅留文件目录项中仅留1414字节字节的文件名和的文件名和2 2字节的索引字节的索引结点号结点号，如图所示。，如图所示。UNIXUNIX的目录项的目录项2022年8月3日星期三UNIX UNIX 中索引结点的内容（表中索引结点的内容（表1 1）2022年8月3日星期三UNIX UNIX 中索引结点的内容（续表中索引结点的内容（续表1 1）2022年8月3日星期三6.4.2 6.4.2 单单级目录级目录 单单级目录是最简单的目录结构，如图所示。所谓单级目录级目录是最简单的目录结构，如图所示。所谓单级目录是指在整个文件系统中仅建立

35、和维护一张总的目录表，系统上是指在整个文件系统中仅建立和维护一张总的目录表，系统上的所有文件都在该表中占有一项。当存取文件时，用户只要给的所有文件都在该表中占有一项。当存取文件时，用户只要给出文件名，系统通过查找这个目录表，找到文件名相对应的项出文件名，系统通过查找这个目录表，找到文件名相对应的项就可获得该文件的属性信息。就可获得该文件的属性信息。2022年8月3日星期三单级目录能够实现安明存取，而且实现简单。但是存在明显缺点：单级目录能够实现安明存取，而且实现简单。但是存在明显缺点：（1 1）不允许文件重命名。）不允许文件重命名。（2 2）文件查找速度慢。）文件查找速度慢。单级目录结构单级目

36、录结构2022年8月3日星期三6.4.3 6.4.3 两两级目录级目录 两级目录是把记录文件的目录分为两级。它由一个主文件目两级目录是把记录文件的目录分为两级。它由一个主文件目录（录（master file directorymaster file directory，MFDMFD）和其所管辖的若干个用户文）和其所管辖的若干个用户文件目录（件目录（user file directoryuser file directory，UFDUFD）组成。主文件目录中的每）组成。主文件目录中的每一栏说明了用户文件目录的名字、大小及所在物理位置；而用户一栏说明了用户文件目录的名字、大小及所在物理位置；而用户

37、文件目录的每一栏说明一个用户文件的全部控制信息，包括相应文件目录的每一栏说明一个用户文件的全部控制信息，包括相应的文件的存储地址，如图所示。的文件的存储地址，如图所示。2022年8月3日星期三两级目录结构两级目录结构2022年8月3日星期三6.4.4 6.4.4 树形目录树形目录 树形目录结构也称为多级层次目录结构，在此结构中，树形目录结构也称为多级层次目录结构，在此结构中，有一个根目录和许多分目录。分目录不但可以包含文件，而有一个根目录和许多分目录。分目录不但可以包含文件，而且还可以包含下一级的分目录。任何一级目录中的项，既可且还可以包含下一级的分目录。任何一级目录中的项，既可以指向次一级的

38、子目录（即目录文件），又可以指向一个普以指向次一级的子目录（即目录文件），又可以指向一个普通文件，如图所示。从树的根目录到任何数据文件，都只有通文件，如图所示。从树的根目录到任何数据文件，都只有一条唯一的路径，在该路径上从根目录开始，把全部目录文一条唯一的路径，在该路径上从根目录开始，把全部目录文件名和数据文件名，依次用件名和数据文件名，依次用“/”/”连接起来，就构成了该数连接起来，就构成了该数据文件的绝对路径名。据文件的绝对路径名。2022年8月3日星期三树型树型目录结构目录结构2022年8月3日星期三即可方便用户查找即可方便用户查找文件，又可以把不文件，又可以把不同类型和不同用途同类型和

39、不同用途的文件分类。的文件分类。允许文件重命名。允许文件重命名。利用多级层次结构关系，可利用多级层次结构关系，可以更方便地制定保护文件的以更方便地制定保护文件的存取权限，有利于文件的保存取权限，有利于文件的保护。护。树形目录具有以下优点：树形目录具有以下优点：2022年8月3日星期三1.1.无环形目录结构无环形目录结构子目录子目录5 52022年8月3日星期三2.2.通用图目录结构通用图目录结构rootzhangliulink2022年8月3日星期三6.4.5 6.4.5 目录的查询目录的查询 如果用户要访问一个已存在的文件时如果用户要访问一个已存在的文件时,系统先根据用户提供系统先根据用户提

40、供的用户名对目录进行查询，找到该文件对应的索引结点的用户名对目录进行查询，找到该文件对应的索引结点(UNIX)(UNIX)；然后根据索引结点所记录的文件物理地址，即盘块号，换算出文然后根据索引结点所记录的文件物理地址，即盘块号，换算出文件在磁盘上的物理位置；最后由磁盘驱动程序，将所需的文件读件在磁盘上的物理位置；最后由磁盘驱动程序，将所需的文件读入到内存。入到内存。一般一般情况下，对目录进行查询有两种：线性检索和情况下，对目录进行查询有两种：线性检索和hashhash方法。方法。2022年8月3日星期三 1 1线性检索法线性检索法 线性检索法又称为顺序检索法。在单级目录中，利用用户提供的线性检

41、索法又称为顺序检索法。在单级目录中，利用用户提供的文件名，用顺序查找法直接从文件目录中找到指定文件名文件的目录文件名，用顺序查找法直接从文件目录中找到指定文件名文件的目录项。由于单级目录在整个文件系统中只存在一张目录表，目录表项就项。由于单级目录在整个文件系统中只存在一张目录表，目录表项就是索引结点表，即用顺序法在这张目录表查找指定文件名文件的目录是索引结点表，即用顺序法在这张目录表查找指定文件名文件的目录项，找到后从对应的索引结点表读出。项，找到后从对应的索引结点表读出。2022年8月3日星期三 在在树形目录中，用户提供的树形目录中，用户提供的文件名是由多个文件分量名组成文件名是由多个文件分

42、量名组成的路径名，此时需对多级目录进的路径名，此时需对多级目录进行查找。假定用户给定的文件路行查找。假定用户给定的文件路径名是径名是/usr/ast/mbox/usr/ast/mbox，查找，查找/usr/ast/mbox/usr/ast/mbox文件。具体查找过文件。具体查找过程如图所示：程如图所示：（1 1）在根目录表中查找在根目录表中查找usrusr目录目录2022年8月3日星期三（2 2）读入读入6 6号索引结点到内存号索引结点到内存2022年8月3日星期三（3 3）从从132132号盘块读入号盘块读入usrusr目录文件目录文件 （4 4）读入读入2626号索引结点到内存号索引结点到

43、内存2022年8月3日星期三（5 5）从）从496496号盘块读入号盘块读入astast目录文件目录文件 （6 6）读入）读入6060号索引结点到内存（号索引结点到内存（7 7）从）从200200号盘块读入号盘块读入mboxmbox文件，查找结束。文件，查找结束。2022年8月3日星期三2.Hash2.Hash方法方法 在进行文件名的转换时，有可能把在进行文件名的转换时，有可能把n n个不同的文件名转换为相个不同的文件名转换为相同的同的HashHash值。即出现了所谓的值。即出现了所谓的“冲突冲突”。一种处理。一种处理“冲突冲突”的有的有效规则是：效规则是：（1 1）在利用）在利用HashHa

44、sh法索引查找目录时，如果目录表中相应的目法索引查找目录时，如果目录表中相应的目录项是空的，则表示系统中并无指定文件。录项是空的，则表示系统中并无指定文件。（2 2）如果目录项中的文件名与制定文件名相匹配，则表示该）如果目录项中的文件名与制定文件名相匹配，则表示该目录项正是所要寻找的文件所对应的目录项，故而可从中找到该目录项正是所要寻找的文件所对应的目录项，故而可从中找到该文件所在的物理地址。文件所在的物理地址。（3 3）如果在目录表的相应目录项中的文件名与指定文件名并不）如果在目录表的相应目录项中的文件名与指定文件名并不匹配，则表示发生了匹配，则表示发生了“冲突冲突”，此时须将其，此时须将其

45、HashHash值再加上一个常值再加上一个常数，形成新的索引值，再返回到第一步重新开始查找。数，形成新的索引值，再返回到第一步重新开始查找。2022年8月3日星期三6.5 6.5 文件文件存储空间的管理存储空间的管理6.5.1 6.5.1 空闲空闲表法和空闲链表法表法和空闲链表法 1 1空闲表法空闲表法1 1）空闲表）空闲表 空闲空闲表法属于连续分配方式，与内存的动态分配方式相似，它为表法属于连续分配方式，与内存的动态分配方式相似，它为每个文件分配一块连续的存储空间。每个文件分配一块连续的存储空间。2 2）存储空间的分配与回收）存储空间的分配与回收 空闲空闲盘区的分配与内存的动态分配类似，同样

46、采用首次适应算法、盘区的分配与内存的动态分配类似，同样采用首次适应算法、循环首次适应算法等。循环首次适应算法等。2022年8月3日星期三 2 2空闲链表法空闲链表法 空闲空闲链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲链表。根据构成链所链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲链表。根据构成链所用基本元素的不同，可以把链表分成两种形式：空闲盘块链和空闲盘用基本元素的不同，可以把链表分成两种形式：空闲盘块链和空闲盘区链。区链。1 1）空闲盘块链）空闲盘块链 这这是将磁盘上的所有空闲空间，以盘块为单位拉成一条链。是将磁盘上的所有空闲空间，以盘块为单位拉成一条链。2 2）空闲盘区链）空闲盘区链 这这是将磁盘上的所有空

47、闲盘区（每个盘区可包含若干个盘块）拉是将磁盘上的所有空闲盘区（每个盘区可包含若干个盘块）拉成一条链。成一条链。2022年8月3日星期三6.5.2 6.5.2 位位示图法示图法 位位示图（示图（bit mapbit map）是利用二进制的一位的状态）是利用二进制的一位的状态0 0或或1 1来表示来表示物理块使用情况的数据结构，其中的每个二进制位与磁盘上的物理块使用情况的数据结构，其中的每个二进制位与磁盘上的一个物理块相对应，磁盘上所有的物理块相对应的二进制位的一个物理块相对应，磁盘上所有的物理块相对应的二进制位的集合就构成了位示图。在位示图中，其值为集合就构成了位示图。在位示图中，其值为1 1，

48、表示该物理块已，表示该物理块已经分配；其值为经分配；其值为0 0表示该物理块空闲。位示图由系统在内存中建表示该物理块空闲。位示图由系统在内存中建立，通常可用立，通常可用m mn n个位数来构成，使个位数来构成，使m mn n等于磁盘的总块数，等于磁盘的总块数，如图所示。如图所示。2022年8月3日星期三位示图位示图2022年8月3日星期三6.5.3 6.5.3 成组链接法成组链接法 成组链接法是一种结合空闲表和空闲链表法而形成的空闲块管理成组链接法是一种结合空闲表和空闲链表法而形成的空闲块管理方法。通常在方法。通常在UNIX/LinuxUNIX/Linux系统中采用。它的实现方法是：将若干个系

49、统中采用。它的实现方法是：将若干个空闲块归为一组，将每组中的所有空闲块号放入其前一组的第一个空闲块归为一组，将每组中的所有空闲块号放入其前一组的第一个空闲块号指示的磁盘块中，而将第一组中的所有空闲块号放入文件空闲块号指示的磁盘块中，而将第一组中的所有空闲块号放入文件系统的超级块中的空闲块号表中。系统的超级块中的空闲块号表中。例如例如，在如图所示的空闲块组织结构中，将第四组的空闲块号，在如图所示的空闲块组织结构中，将第四组的空闲块号412412、410410、408408等放入第三组的第一个磁盘块号所指示的等放入第三组的第一个磁盘块号所指示的322322号物理号物理块中；将第三组的空闲块号块中；

50、将第三组的空闲块号322322、318318、315315等放入第二组的第一个磁等放入第二组的第一个磁盘块号所指示的盘块号所指示的218218号物理块中；将第二组的号物理块中；将第二组的218218、208208、205205等放入等放入第一组的第一个磁盘块号所指示的第一组的第一个磁盘块号所指示的120120号物理块中号物理块中;第一组的空闲块第一组的空闲块号号120120、113113、105105、101101等则存入超级块表中的空闲块号表中。等则存入超级块表中的空闲块号表中。2022年8月3日星期三成组链接法成组链接法2022年8月3日星期三6.6 6.6 文件文件共享与文件保护共享与文