《操作系統(tǒng)概論》第四章.doc

第4章 文件管理 考情分析本章主要內(nèi)容：1.文件、文件系統(tǒng)的定義及功能 2.文件的存儲介質(zhì) 3.文件的組織結(jié)構(gòu)、記錄的成組與分解 4.文件存儲空間管理的方法 5.文件的目錄結(jié)構(gòu) 6.文件的保護、保密及其文件的基本操作重點：1.邏輯文件、物理文件 2.記錄的成組與分解 3.文件目錄結(jié)構(gòu)以及畫二級目錄結(jié)構(gòu)圖本章考試分值約為20分。出題形式多以單選題、填空題、簡答題、綜合應用題為主。 知識網(wǎng)絡圖“建立”操作打開操作讀操作寫操作關(guān)閉操作刪除操作文件操作的使用基本文件操作文件的保護文件的保密一級目錄二級目錄樹形目錄位示圖法文件的存取方式記錄的成組和分解文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件和文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的功能文件的分類單塊鏈接成組鏈接順序結(jié)構(gòu)鏈接結(jié)構(gòu)索引結(jié)構(gòu)概述文件管理文件的存儲介質(zhì)文件的組織存儲空間的分配文件的存儲結(jié)構(gòu)空閑塊鏈接法文件目錄文件的安全性基本文件操作及其使用 串講內(nèi)容一、概 述1.文件管理的定義為了減輕用戶的負擔和保證系統(tǒng)的安全，操作系統(tǒng)中設計了對信息進行管理的部分，稱為文件管理或文件系統(tǒng)。2.（了解）文件和文件系統(tǒng)我們把邏輯上具有完整意義的信息集合稱為文件。每個文件都要用一個名字（稱為文件名）作標識。文件系統(tǒng)來管理文件的存儲、檢索、更新、共享和保護。3.文件系統(tǒng)的功能（1）實現(xiàn)從邏輯文件到物理文件之間的轉(zhuǎn)換（2）有效地分配文件的存儲空間（3）建立文件目錄（4）提供合適的存取方式以適應各種不同的應用（5）確保文件的安全性（6）提供一組文件操作4.文件的分類（1） 按用途可分成：系統(tǒng)文件、庫文件和用戶文件（2） 按保護級別可分成：只讀文件、讀寫文件、執(zhí)行文件和不保護文件（3） 按信息流向可分成：輸入文件、輸出文件和輸入輸出文件（4） 按存放時限可分成：臨時文件、永久文件和檔案文件（5） 按設備類型可分成：磁帶文件、磁盤文件等（6） 按組織方式可分成：邏輯文件、物理文件二、文件的存儲介質(zhì)1.文件的存儲介質(zhì)、存儲設備的定義 可用來記錄信息的磁帶、硬磁盤組、軟磁盤片、光盤、卡片等稱為存儲介質(zhì)。把信息記錄到存儲介質(zhì)上或從存儲介質(zhì)上讀出信息必須啟動相應的磁帶機、磁盤驅(qū)動器、卡片機等存儲設備。2.文件中幾個術(shù)語的定義存儲介質(zhì)的物理單位定義為卷。存儲介質(zhì)上可連續(xù)存儲信息的一個區(qū)域稱為塊，或稱為物理記錄。把所有的讀寫磁頭按從上到下的次序進行編號，稱為磁頭號。當移動臂移到某一位置時。所有的讀寫詞頭都在同柱面上，把盤面上磁道的編號作為柱面號。每個盤面被劃分成若干相等的扇區(qū)，每個扇區(qū)中的各個磁道都是可存放相等字節(jié)數(shù)的一個塊，沿與磁盤旋轉(zhuǎn)相反的方向給各扇區(qū)編號，稱為扇區(qū)號。三、文件的組織（重點）1.（重點）文件的邏輯結(jié)構(gòu)用戶組織的文件稱為邏輯文件。通常，邏輯文件簡稱為文件。邏輯文件可以有兩種形式：流式文件、記錄式文件。流式文件是指對文件內(nèi)的信息不再劃分單位，是由依次的一串信息組成。記錄式文件是指用戶把信息按邏輯上獨立的含義劃分信息單位，每個單位稱為一個邏輯記錄，簡稱為記錄。邏輯記錄可依次編號，其序號稱為邏輯記錄號，簡稱為記錄號。2.記錄的主鍵和次鍵用來惟一標識某個記錄的數(shù)據(jù)項稱為記錄的主鍵。能標識具有某一特性的所有記錄的數(shù)據(jù)項稱為記錄的次鍵。3.文件的存儲結(jié)構(gòu)存放在存儲介質(zhì)上的文件成為物理文件。記錄式文件在磁盤上的順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)和索引結(jié)構(gòu)三種。把一個文件在邏輯上連續(xù)的信息存放到磁盤上依次相鄰的塊中，便形成順序結(jié)構(gòu)。特點：訪問第i個記錄之后接著總是訪問第i+1個記錄。優(yōu)點：存取信息的速度快。缺點：不利于文件的擴展和存儲空間利用率不高。鏈接結(jié)構(gòu)是將文件的邏輯記錄順序與磁盤上的存儲空間順序獨立開來，即邏輯記錄是順序的，但文件占用的存儲空間塊可以任意選擇，不必連續(xù)。特點：每個物理塊的最后一個單元中不能存放文件的信息，而是用來存放物理塊之間的鏈接指針。優(yōu)點：允許用戶擴充文件，便于文件的增、刪記錄。只適合與對記錄按先后順序進行存取的文件。索引結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)非連續(xù)存儲的另一種方式。索引結(jié)構(gòu)為每一個文件建立一張索引表，指出文件中每個記錄的存放地址。優(yōu)點：便于文件的增、刪記錄。缺點：當文件的記錄很多時，索引表就很龐大。4.文件的存取方式文件在存儲介質(zhì)上的組織方式與存儲設備的物理特性，用戶如何使用文件有關(guān)。存取方式分為：順序存取和隨機存取。順序存取是指按文件的邏輯順序或記錄順序依次進行讀/寫的存取方式。隨機存取是指不一定要按文件的邏輯順序或記錄順序讀/寫文件中信息，而是可以按任意的次序隨機地讀/寫文件中信息的存取方式。把一個文件分成若干個邏輯記錄的文件稱為記錄式文件，而把不分記錄的文件稱為流式文件。5.存取方式與存儲結(jié)構(gòu)的關(guān)系介質(zhì)類型存取方式存儲結(jié)構(gòu)順序存取隨機存取磁盤順序文件、鏈接文件、索引文件索引文件磁帶順序文件6.（重點）記錄的成組與分解把若干個記錄合并成一組存入一塊工作稱為記錄的成組。從一組邏輯記錄中把一個邏輯記錄分離出來的工作稱為記錄的分解。磁帶利用率=%【例1】:某用戶文件有20個記錄,每個記錄長度為200個字符,若把文件存放到磁帶上,磁帶的記錄密度800字符/英寸,塊間隙為0.5英寸。試回答：（1）不采用記錄成組時磁帶空間的利用率為多少？ （2）采用記錄成組且塊因子為4時，磁帶空間的利用率為多少？ （3）要使磁帶利用率不小于50%，塊因子至少為多少？解：（1）100%=33.33% （2）100%=66.67% （3）設塊因子至少為 50% 解得：2【例2】:假設某文件的順序結(jié)構(gòu)存放在磁盤上,該文件有10個記錄組成,每個記錄長為512字節(jié),文件存放在磁盤上的起始塊號為28,每個物理塊長為1K。試回答：（1）利用記錄成組方式時，塊因子為多少時才算合適？ （2）存放該文件至少占用多少個磁盤塊？ （3）該文件的第6個邏輯記錄所在的磁盤塊號是多少？（4）若把第6條記錄讀到用戶區(qū)的1500單元的開始區(qū)域，寫出完成該要求的過程。答：（1）1024512=2個 塊因子為2個才合適 （2）102=5個 存放該文件至少占用5個磁盤塊 （3）281 2293 4305 6 第6個邏輯記錄所在的磁盤塊為30 （4）第一步，開辟主存緩沖區(qū)，且為1K； 第二步，找到第6條邏輯記錄所在的塊，第30塊，發(fā)送到主存緩沖區(qū)； 第三步，進行記錄的分解，將第6條記錄發(fā)送到用戶區(qū)第1500單元。7.開辟主存緩沖區(qū)的原因：信息交換以塊為單位，用戶處理信息要以邏輯記錄為單位。8.成組與分解的優(yōu)點：提高了存儲空間的利用率，減少存儲設備的啟動次數(shù)。缺點：設立主存緩沖區(qū)，增加了操作系統(tǒng)的開銷。四、存儲空間的分配1.位示圖法：一個盤組的分塊確定后，根據(jù)可分配的總塊數(shù)決定位示圖由多少個字組成，位示圖中的每一位與一塊對應，“1”狀態(tài)表示響應塊已占用，“0”狀態(tài)表示該塊空閑。2.確定空閑塊地址的通用公式為： 塊號=字號字長+位號柱面號=塊號/柱面上的塊數(shù)=塊號/字長磁頭號=（塊號mod柱面上的塊數(shù)）/磁道上的扇區(qū)數(shù) =塊號mod字長/每盤面的扇區(qū)數(shù)扇區(qū)號=（塊號mod柱面上的塊數(shù)）mod磁道上的扇區(qū)數(shù) =塊號mod字長mod每盤面的扇區(qū)數(shù)歸還一塊時，尋找位示圖中位置的通用公式為：塊號=柱面號柱面上塊數(shù)+磁頭號磁道上扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)號字號=塊號/字長位號=塊號mod字長塊號=（每柱面的磁道數(shù)每磁道的扇區(qū)數(shù)）柱面號+磁頭號每磁道的扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)號【例】:假設某盤組共100個柱面,每個柱面上8個磁盤,每盤面被分成8個扇區(qū),現(xiàn)有一個含有6400個邏輯記錄的文件,邏輯記錄的大小與扇區(qū)大小一致。該文件以順序結(jié)構(gòu)的形成被存放到磁盤上，柱面號、磁頭號、扇區(qū)號的編號均從“0”開始，邏輯記錄的編號也從“0”開始，文件信息從0柱面、0磁道、0扇區(qū)開始存放。試問：（1）該文件的第3680個邏輯記錄應存放在哪個柱面的第幾磁道的第幾扇區(qū)？ （2）第78柱面的第6磁道的第6扇區(qū)中存放了該文件的第幾個邏輯記錄？解：（1）柱面號=3680/64=57 磁道號=3680 mod 64/8=4 扇區(qū)號=3680 mod 64 mod 8=0 （2）7864+86+6=5046 3.空閑塊鏈接法（1）單塊鏈接法（2）成粗鏈接法4.在UNIX操作系統(tǒng)中，把磁盤存儲空間的空閑塊成組鏈接。每100個空閑塊為一組，每組的第一個空閑塊中登記下一組空閑塊的磁盤物理塊號和空閑塊數(shù)。五、文件目錄(重點)1.文件目錄由若干目錄項組成，一個目錄項用來登記與一個文件有關(guān)的信息，每個目錄項中，除了指出文件的名字和文件存放的物理地址外，還可包含如何控制和管理文件的信息。2.最簡單的文件目錄是一級目錄結(jié)構(gòu)，即把一卷存儲介質(zhì)上的所有文件都登記在一張目錄表中。優(yōu)點：管理簡單，查找方便。缺點：不允許重名。3.(重點)二級目錄結(jié)構(gòu)是為每個用戶設置一張目錄表，稱為用戶文件目錄，再用一張總的目錄表來登記各個用戶的目錄表存放地址，這張總的目錄表稱為主文件目錄。優(yōu)點：解決了文件的重名問題、內(nèi)容相同只保留一次即可（共享）。下圖指出了用戶A和用戶B分別用文件名AWJ和BWJ共享一個文件的情況?！纠?某文件系統(tǒng)中若有甲乙兩個用戶,甲有文件A、B、C，乙有文件B、C、D，且甲乙共享文件T。已知甲A和乙的D是同一文件，甲B和乙的B是不同的文件，甲的C和乙的C是同一文件。試回答：（1）若文件系統(tǒng)采用何種目錄結(jié)構(gòu)不會造成文件混淆； （2）畫出文件目錄結(jié)構(gòu)； （3）該系統(tǒng)中有幾個共享文件？寫出共享文件名。解：（1）二級目錄。 （2） （3）系統(tǒng)中有3個共享文件。甲、乙兩用戶都用T、C作為文件名相同的兩個共享文件，甲用戶A和乙用戶D作為文件名不同的共享文件。4.樹形目錄的優(yōu)點（1）解決文件的重名（2）實現(xiàn)了文件共享（3）提高了文件查找速度（4）有利于文件的分類5.絕對路徑和相對路徑在樹形目錄結(jié)構(gòu)中，要訪問一個文件時，必須指出文件所在的路徑名，絕對路徑是路徑名從根目錄開始到該文件的通路上所有各級目錄名及該文件名拼起來得到。各目錄名與文件名之間可用“”隔開。在多級目錄結(jié)構(gòu)中，每次都從根目錄開始搜索要耗費很多時間，在MS-DOS中引入當前目錄的概念。每個用戶可在某級目錄中設置一個當前工作目錄，要訪問文件時，就可從當前目錄開始設置路徑，稱相對路徑。用相對路徑可縮短搜索路徑，提高搜索速度。六、文件的安全性1.文件的安全性體現(xiàn)在文件的保護和保密兩個方面。2.文件的保護（1）防止天災人禍造成的破壞。通常采用建立多個副本的辦法來保護文件。（2）防止系統(tǒng)故障造成的破壞。建立副本，把同一個文件存放到多個存儲介質(zhì)上。另一種保護方法是定時轉(zhuǎn)儲，即定時地把文件轉(zhuǎn)儲到其他的存儲介質(zhì)上。（3）防止用戶共享文件時造成的破壞。為了防止在使用文件時破壞文件，可對每個文件規(guī)定使用權(quán)限。對多用戶可共享的文件采用樹形目錄結(jié)構(gòu)，凡能得到某級目錄權(quán)限的用戶就可得到該級目錄所屬的全部目錄和文件，按規(guī)定的存取權(quán)限去使用目錄或文件。（4）防止計算機病毒的侵害。要盡量的預防，可針對各種病毒設計相應的殺毒軟件。3.文件的保密文件的保密是防止他人竊取文件。為文件設置口令是實現(xiàn)問保密的一種可行方法，且在使用時必須遵照規(guī)定的存取權(quán)限。對極少數(shù)極為重要的保密文件，可把文件信息翻譯成密碼形式保存，使用時再把它解密。七、基本文件操作及其使用1.基本文件操作（1）“建立”操作。用戶要求把一個新文件存放到存儲介質(zhì)上時，首先要向系統(tǒng)提出“建立”要求。系統(tǒng)接到要求后，就在文件目錄中尋找空目錄項進行登記。（2）“打開”操作。用戶要使用一個已經(jīng)存放在存儲介質(zhì)上的文件前，必須先提出“打開”要求。系統(tǒng)接到要求后，找出與用戶要求相符合的目錄項，取出文件存放的物理地址。對索引文件還必須把該文件的索引表存放到主存儲器中，以便后繼的讀操作能快速進行。（3）“讀/寫”操作。系統(tǒng)允許用戶對已經(jīng)執(zhí)行過“打開”或“建立”操作的文件進行讀/寫