《操作系统原理》课件第六章 文件系统.pptx
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- 操作系统原理 操作系统原理课件第六章 文件系统 操作系统 原理 课件 第六
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1、1.1.文件系统概念文件系统概念2.2.文件逻辑结构与存取方法文件逻辑结构与存取方法3.3.文件的物理结构与存储设备文件的物理结构与存储设备4.4.文件存储空间管理文件存储空间管理第第6章章 文件系统文件系统(外存管理)外存管理)5.5.文件目录管理文件目录管理6.6.文件存取控制文件存取控制7.7.文件使用文件使用8.8.文件系统层次模型文件系统层次模型第第6 6章章 文件系统文件系统(外存管理)外存管理)1、信息的存储单位信息的存储单位是文件;是文件;2、文件系统功能:、文件系统功能:负责信息的组织、存储和访问负责信息的组织、存储和访问;3、文件系统的特点、文件系统的特点 提供高效、快速和
2、方便的提供高效、快速和方便的信息存储信息存储和和访问功能访问功能。6.1 文件系统概念文件系统概念6.1.1 6.1.1 文件系统功能文件系统功能1 1、操作系统的软硬件管理操作系统的软硬件管理2 2、文件管理功能、文件管理功能 (1 1)方便用户对)方便用户对文件的访问和控制文件的访问和控制 (2 2)并发)并发文件访问和控制文件访问和控制 (3 3)统一)统一的用户接口的用户接口6.1.16.1.1文件系统功能文件系统功能2、文件管理功能、文件管理功能(4)设置多种文件访问)设置多种文件访问权限权限(5)优化性能:)优化性能:存储效率、检索性能、读写性能;存储效率、检索性能、读写性能;(6
3、)差错恢复)差错恢复:验证文件的正确性,具有一定的差错恢复能力。:验证文件的正确性,具有一定的差错恢复能力。2 2、文件管理的目的、文件管理的目的1.文件概念与文件名文件概念与文件名 文件是文件是具有名字的一段程序或数据的集合具有名字的一段程序或数据的集合,是相关,是相关字符流的集合字符流的集合或或相关记录的集合相关记录的集合。文件名是文件的标。文件名是文件的标识符号。识符号。6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念2、文件组成文件组成(1)文件体:)文件体:文件本身的信息文件本身的信息(2)文件说明:)文件说明:文件存储和管理信息文件存储和管理信息6.1.2
4、6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念对操作系统的文件系统而言,一个源程序、一批数据、一篇文章或一张图片等都可以被称为文件,只要它是()连续分布在一片磁盘区域中的信息集合A采用链接方式连接起来的多个磁盘块组成的信息集合B逻辑上具有完整意义的信息集合C属于同一个用户的一个信息集合D提交单选题1分3.3.文件系统基本概念文件系统基本概念文件系统文件系统是操作系统中是操作系统中管理文件的机构管理文件的机构,是与管理文件有,是与管理文件有关的关的软件以及数据软件以及数据的统称;它负责为用户的统称;它负责为用户建立、撤销、读建立、撤销、读写、修改和复制写、修改和复制文件,能提供文件
5、文件,能提供文件存储和访问存储和访问功能。功能。6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念4.4.文件系统特点文件系统特点(1 1)友好的用户界面;)友好的用户界面;(2 2)文件操作对用户透明:对文件按名存取;)文件操作对用户透明:对文件按名存取;(3 3)容易实现文件共享:文件可以被多个用户共享;)容易实现文件共享:文件可以被多个用户共享;(4 4)存储介质空间大、价格便宜。)存储介质空间大、价格便宜。6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念5 5、文件分类、文件分类(1 1)按存放时限按存放时限临时文件、永久文件和档案文件。临时文件、永久
6、文件和档案文件。(2 2)按设备类型按设备类型磁盘文件、磁带文件、卡片文件和打印文件等。磁盘文件、磁带文件、卡片文件和打印文件等。6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念5.5.文件分类文件分类(3 3)按文件的组织结构按文件的组织结构 文件的逻辑结构:文件的逻辑结构:流式文件流式文件和和记录式记录式文件。文件。文件的物理结构(物理文件):文件的物理结构(物理文件):顺序文件、链接文件顺序文件、链接文件和索引文件等。和索引文件等。6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念逻辑文件可以有_这几种形式。目录文件A永久文件B流式文件C文本
7、文件D记录式文件E提交多选题1分5 5、文件分类、文件分类(4)按文件的性质和用途划分按文件的性质和用途划分 系统文件。用户只能调用,不能修改;系统文件。用户只能调用,不能修改;库文件。允许用户读取和执行,不允许修改;库文件。允许用户读取和执行,不允许修改;用户文件。文件的建立者能够拥有所有的权限用户文件。文件的建立者能够拥有所有的权限6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念如果按文件的用途来分类,可将文件分为_。系统文件A永久文件B用户文件C逻辑文件D库文件E提交多选题1分5、文件分类、文件分类(5)按组织形式按组织形式 普通文件。包括系统文件、用户文件和库函
8、数文件普通文件。包括系统文件、用户文件和库函数文件和实用程序等;和实用程序等;目录文件。由目录信息构成的特殊文件;目录文件。由目录信息构成的特殊文件;特殊文件。所有输入、输出设备组成的文件特殊文件。所有输入、输出设备组成的文件6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念6 6、文件分类的原因、文件分类的原因 为了更好地管理和使用,不仅提高了文件的存为了更好地管理和使用,不仅提高了文件的存取速度,对文件的共享和保护也有利。取速度,对文件的共享和保护也有利。6.1.2 6.1.2 文件与文件系统的基本概念文件与文件系统的基本概念使用文件的用户需要记住的是()存储块的状况
9、,即已用还是空闲A文件在磁盘上的存储位置B文件中各个记录所在的块的块号C文件的名字D提交单选题1分磁盘设备驱动程序磁盘设备驱动程序磁带设备驱动程序磁带设备驱动程序基本文件系统基本文件系统基本基本I/O管理程序管理程序逻辑逻辑I/O堆堆顺序顺序索引顺序索引顺序索引索引哈希哈希用户程序用户程序1 1、文件系统结构图文件系统结构图6.1.3 6.1.3 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素2、文件系统结构组成、文件系统结构组成(1)设备驱动程序)设备驱动程序:负责启动该设备上的:负责启动该设备上的I/O操作,处理操作,处理I/O请求请求的完成;的完成;(2)基本文件系统(物理)基本文件系
10、统(物理I/O层)层):处理与磁盘或磁带交换的数:处理与磁盘或磁带交换的数据块。据块。(3)基本)基本I/O管理程序管理程序:负责所有文件负责所有文件I/O的开始或结束、选择执的开始或结束、选择执行文件的行文件的I/O设备和外存的分配。设备和外存的分配。6.1.3 6.1.3 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素2、文件系统结构组成、文件系统结构组成(4)逻辑)逻辑I/O:使用户和应用程序能够访问到记录。使用户和应用程序能够访问到记录。物理物理I/O层处理的是数据块,逻辑层处理的是数据块,逻辑I/O处理的是文件记录。处理的是文件记录。(5)访问方法层)访问方法层:与用户最近的一层。
11、:与用户最近的一层。6.1.3 6.1.3 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素3.3.文件系统服务功能元素文件系统服务功能元素(1 1)文件访问:)文件访问:文件的创建、打开、关闭和读写;文件的创建、打开、关闭和读写;(2 2)目录管理:)目录管理:用于文件访问和控制的信息用于文件访问和控制的信息(3 3)文件结构管理:)文件结构管理:划分记录,包括顺序与索引结构划分记录,包括顺序与索引结构6.1.3 6.1.3 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素3.文件系统服务功能元素文件系统服务功能元素(4)访问控制:)访问控制:并发访问和用户权限;并发访问和用户权限;(5)限
12、额)限额(quota):限制每个用户能够建立的文件数目、占用限制每个用户能够建立的文件数目、占用外存空间大小等;外存空间大小等;(6)审计)审计(auditing):记录对指定文件的使用信息,保存在日记录对指定文件的使用信息,保存在日志中;志中;6.1.3 6.1.3 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素3.文件系统服务功能元素文件系统服务功能元素(7)文件的分块存储:)文件的分块存储:与外存的存储块相配合与外存的存储块相配合(8)I/O缓冲和调度:缓冲和调度:性能优化性能优化(9)文件定位:)文件定位:在外存上查找文件的各个存储块在外存上查找文件的各个存储块6.1.3 6.1.3
13、 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素3.文件系统服务功能元素文件系统服务功能元素(10)外存存储空间管理:)外存存储空间管理:如硬盘空间分配和释放;如硬盘空间分配和释放;(11)外存设备访问和控制:)外存设备访问和控制:包括由设备驱动程序支持的包括由设备驱动程序支持的各种基本文件系统如硬盘等。各种基本文件系统如硬盘等。6.1.3 6.1.3 文件系统的结构和功能元素文件系统的结构和功能元素文件系统应具有的功能包括()。实现“按名存取”外存上的文件A分配文件的存储空间B实现文件目录管理C提供合适的存取方法以适应各种不同的应用D实现文件的共享、保护和保密E提交多选题1分6.2 6.2
14、 文件的逻辑结构与存取方法文件的逻辑结构与存取方法 文件逻辑结构主要讨论文件逻辑结构主要讨论文件的内部逻辑结构文件的内部逻辑结构,主,主要考虑因素是文件要考虑因素是文件存储性能存储性能和和访问性能访问性能。6.2.1 6.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构1 1、文件的逻辑结构定义文件的逻辑结构定义是指文件内部信息的组织方式,即文件是指文件内部信息的组织方式,即文件内部的逻辑内部的逻辑结构结构,是用户可以直接处理的数据及其结构。它,是用户可以直接处理的数据及其结构。它独独立于在外存上的物理存储。立于在外存上的物理存储。6.2.1 6.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构2 2、文件逻辑结构的
15、设计要求文件逻辑结构的设计要求(1 1)访问性能:便于检索和修改;)访问性能:便于检索和修改;(2 2)存储性能:向物理存储转换方便、节省空间)存储性能:向物理存储转换方便、节省空间3 3、文件信息的不同组织层次:文件信息的不同组织层次:域、记录、文件域、记录、文件文件的逻辑结构是指()文件所在的设备的结构A文件在设备中的存储方式B文件目录的结构C文件的使用者组织文件中信息的方式D提交单选题1分4、文件的逻辑结构文件的逻辑结构分类分类(1)无结构文件)无结构文件 文件体为文件体为字节流字节流,不划分记录,顺序访问,每,不划分记录,顺序访问,每次读写访问可以指定任意数据长度;次读写访问可以指定任
16、意数据长度;当前操作系统中常用的文件组织。当前操作系统中常用的文件组织。6.2.1 6.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 4、文件的逻辑结构文件的逻辑结构分类分类(2)有结构文件记录式文件)有结构文件记录式文件 记录概念:记录概念:一个具有特殊意义的完整的信息单位一个具有特殊意义的完整的信息单位6.2.1 6.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构图图6.2 6.2 记录组成记录组成典型记录的组成元素典型记录的组成元素4 4、文件的逻辑结构文件的逻辑结构分类分类(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类 连续结构连续结构 多重结构多重结构 转置结构转置结构 顺序结构顺序结构6.2.1 6
17、.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 连续结构连续结构概念:把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑结构;概念:把记录按生成的先后顺序连续排列的逻辑结构;特点:记录的排列顺序与记录内容无关,有利于记录的追特点:记录的排列顺序与记录内容无关,有利于记录的追加和变更;加和变更;缺点:查找性能比较差。缺点:查找性能比较差。(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类6.2.1 6.2.1 文件的逻辑结构文件的逻辑结构多重结构多重结构概念:把记录按概念:把记录按关键字关键字和和记录名记录名排列成行列式结构,则一个排列成行列式结构,则一个包含包含n个记录名、个记录名、m个关键字个关键字的文件构成一的文件
18、构成一nm维行列式。维行列式。特点:能根据关键字和记录名快速定位某条记录特点:能根据关键字和记录名快速定位某条记录缺点:浪费空间,缺点:浪费空间,n条记录需要条记录需要n*m的空间的空间(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类多重结构多重结构 改进措施:采用多重队列。改进措施:采用多重队列。将行列式中为将行列式中为0的项去除,以关键字的项去除,以关键字ki为队首,以包含为队首,以包含关键字关键字ki的记录为队列元素构成一个记录队列。的记录为队列元素构成一个记录队列。M个关个关键字就构成了多个队列。键字就构成了多个队列。(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类多重结构及改进图多重结构
19、及改进图图图6.36.3文件的记录名和文件的记录名和关键字构成的行列式关键字构成的行列式图图6.46.4文件的多重结构文件的多重结构转置结构转置结构 把含有相同关键字的记录指针全部指向该关键字,即把把含有相同关键字的记录指针全部指向该关键字,即把所有与同一关键字对应的记录指针连续置于目录中该关所有与同一关键字对应的记录指针连续置于目录中该关键字位置,是对多重结构的变化。键字位置,是对多重结构的变化。(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类转置结构转置结构 图图6.56.5文件的转置结构文件的转置结构(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类顺序结构(索引结构)顺序结构(索引结构)概念
20、:按照某种关键字排序进行存放概念:按照某种关键字排序进行存放 优点:能够根据待查记录的关键字快速找到某个记录优点:能够根据待查记录的关键字快速找到某个记录(2 2)记录式结构文件分类记录式结构文件分类(1)累积文件)累积文件pile堆文件堆文件 文件体为文件体为无结构记录序列无结构记录序列,通过,通过分隔符分隔符来划分记录,各来划分记录,各记录大小和组成可变。新记录总是添加到文件末尾记录大小和组成可变。新记录总是添加到文件末尾。如。如日志日志log,或电子邮件的邮箱文件,或电子邮件的邮箱文件(mailbox)。检索必须检索必须从头开始。从头开始。是一种简单的文件组织方式,当数据难以组织时使用。
21、是一种简单的文件组织方式,当数据难以组织时使用。5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(1)累积文件)累积文件pile堆文件堆文件5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(2 2)顺序文件)顺序文件文件体为文件体为大小相同、格式固定大小相同、格式固定的的排序排序记录序列;记录序列;它由一个它由一个主文件主文件和一个和一个临时文件临时文件组成;组成;记录按某个关键字域记录按某个关键字域排序排序,存放在主文件中;,存放在主文件中;5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(2 2)顺序文件)顺序文件新记录新记录暂时保存在日志或事务文件等临时文件中,暂时保存在日志或事务
22、文件等临时文件中,定期归并定期归并入主文件,并按正确顺序产生一个新文件;入主文件,并按正确顺序产生一个新文件;访问时可以采用访问时可以采用二分搜索二分搜索。5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(2)顺序文件)顺序文件5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(3)索引顺序文件)索引顺序文件在顺序文件的基础上,另外建立在顺序文件的基础上,另外建立索引索引和和溢出文件溢出文件;在索引文件中,可在索引文件中,可将关键字域中的取值划分若干个区间将关键字域中的取值划分若干个区间,每个区间对应一个索引项。每个区间对应一个索引项。新记录新记录暂时保存在溢出文件中,定期归并入主文件;暂时
23、保存在溢出文件中,定期归并入主文件;主文件中记录要求做到主文件中记录要求做到分块有序分块有序。5 5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(3 3)索引顺序文件)索引顺序文件5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例关键字逻辑地址姓名其它属性ABZAn BingAn KangAn QingBao RongBi JingBon Long索引文件顺序文件5 5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例(3)索引顺序文件)索引顺序文件(4)哈希文件或直接文件)哈希文件或直接文件 (记录逻辑地址通过关键字哈希之后直接获得)(记录逻辑地址通过关键字哈希之后直接获得)直接访问磁盘中
24、任何一个地址已知的块;直接访问磁盘中任何一个地址已知的块;由主文件和溢出文件组成;由主文件和溢出文件组成;记录位置由哈希函数确定。记录位置由哈希函数确定。访问速度快;访问速度快;5 5、记录式文件结构具体实例、记录式文件结构具体实例1 1、文件内容操作类型文件内容操作类型(1 1)读:存储介质)读:存储介质 内存内存 (2 2)写:内存)写:内存 存储介质存储介质6.2.2 6.2.2 文件的存取方法文件的存取方法2.2.文件存取方法文件存取方法(1 1)顺序存取法)顺序存取法:按照文件信息的逻辑顺序依次存取;按照文件信息的逻辑顺序依次存取;(2 2)随机存取法)随机存取法(直接存取)直接存取
25、):可以按任意的次序对文件可以按任意的次序对文件进行读写操作;进行读写操作;(3 3)索引存取:)索引存取:对文件中的记录按某个数据项的值进行对文件中的记录按某个数据项的值进行排列,可根据键值来快速存取。排列,可根据键值来快速存取。6.2.2 6.2.2 文件的存取方法文件的存取方法3、记录搜索算法、记录搜索算法(1)线性搜索法线性搜索法(用在顺序文件)(用在顺序文件)(2)散列法散列法(用在哈希文件)(用在哈希文件)(3)二分搜索法二分搜索法(用在是有序文件)(用在是有序文件)6.2.2 文件的存取方法文件的存取方法3、记录搜索算法、记录搜索算法(1)线性搜索法)线性搜索法特点:从第一个记录
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