計算機操作系統(tǒng)-第六章-文件管理

1、第六章 文件管理現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，大量的程序和數(shù)據(jù)都是以文件的形式存放在外存中。OS相應(yīng)的增加了文件管理功能，即構(gòu)成一個文件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保持?jǐn)?shù)據(jù)的安全性和一致性。提高了系統(tǒng)資源的利用率。第六章 文件管理數(shù)據(jù)一致性控制目錄管理外存分配方式文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件和文件系統(tǒng)1、文件和文件系統(tǒng)引言1、文件和文件系統(tǒng)文件的定義文件是計算機系統(tǒng)中信息存放的一種組織形式，是具有文件名的若干相關(guān)元素的集合。元素通常是記錄，而記錄又是一組有意義的數(shù)據(jù)項的集合。1、文件和文件系統(tǒng)文件的定義數(shù)據(jù)項：最低級的數(shù)據(jù)組織形式。記錄：一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，用于描述一個對象在某方面的屬性。文件：指由創(chuàng)建者所定義的

2、、具有文件名的一組相關(guān)元素的集合。1、文件和文件系統(tǒng)文件的命名各個操作系統(tǒng)的文件命名規(guī)則略有不同，即文件名的格式和長度因系統(tǒng)而異。 一般來說，文件名由文件名和擴展名兩部分組成，中間用“ ”隔開。它們都是字母或數(shù)字組成的字母數(shù)字串。擴展名也稱為文件后綴，利用擴展名可以區(qū)分文件的屬性。1、文件和文件系統(tǒng)文件的分類DOS、WINDOWS系統(tǒng)中文件名： 文件名 文件擴展名文件名是一個不大于8個字符的字符串，但WINDOWS系統(tǒng)中允許超長文件名，最多可有256個字符，不區(qū)分英文字母的大小寫。1、文件和文件系統(tǒng)文件的分類按文件的性質(zhì)和用途分：系統(tǒng)文件：只允許用戶調(diào)用，不允許讀寫。如內(nèi)核、系統(tǒng)應(yīng)用程序。用戶

3、文件：如源程序、目標(biāo)程序。庫文件：只允許用戶讀/執(zhí)行，不允許修改。如C子程序庫。1、文件和文件系統(tǒng)文件的分類按文件的數(shù)據(jù)形式分：源文件目標(biāo)文件可執(zhí)行文件按存取控制屬性分：只執(zhí)行文件只讀文件讀寫文件2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件存在兩種結(jié)構(gòu)：邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。文件的邏輯結(jié)構(gòu)：從用戶角度看到的文件面貌。即用戶對信息進行邏輯組織形成的文件結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)：文件在物理存儲器中的組織形式。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件的邏輯結(jié)構(gòu)的類型無結(jié)構(gòu)文件：由字符流構(gòu)成的文件，長度以字節(jié)為單位。如源程序、可執(zhí)行文件、庫函數(shù)等。有結(jié)構(gòu)文件：由一個以上的記錄構(gòu)成的文件。定長記錄或不定長記錄式文件。如數(shù)據(jù)庫中的表。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄

4、組織方式順序文件：從開始位置順序讀取字符/記錄。對流式文件：讀寫指針自動前移指向下次存取的位置。對記錄式文件：記錄的組織和存取如下2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄組織方式對于定長記錄，某記錄的地址LA=記錄號i*記錄長度m。對于變長記錄，常采用索引表，索引表本身按關(guān)鍵字排序。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄組織方式索引文件：對于變長記錄，常采用索引表，索引表本身按關(guān)鍵字排序。2、文件的邏輯結(jié)構(gòu)記錄組織方式索引順序文件：將順序文件中的所有記錄分為若干個組；為順序文件建立一張索引表，在索引表中為每組中的第一個記錄建立一個索引項。檢索效率N3、外存分配方式考慮的問題：怎樣才能有效地利用外存空間和如何提高對文件的訪問速度

5、。目前常用的外存分配方法有：順序分配(連續(xù)分配)鏈接分配索引分配3、外存分配方式文件的物理結(jié)構(gòu)直接與外存分配方式有關(guān)。采用不同分配方式將形成不同的文件結(jié)構(gòu)。目前常用的外存分配方法有：連續(xù)分配順序結(jié)構(gòu)鏈接分配鏈接結(jié)構(gòu)索引分配索引結(jié)構(gòu)3、外存分配方式連續(xù)分配(Continuous Allocation)要求為每一個文件分配一組相鄰接的盤塊。 保證了邏輯文件中的記錄順序與存儲器中文件占用盤塊的順序一致性。簡單：(起始塊號，塊數(shù))；隨機訪問；尋道少磁盤外碎片多，文件不能動態(tài)增長3、外存分配方式連續(xù)分配(Continuous Allocation)3、外存分配方式鏈接分配(Chained Allocat

6、ion)通過在每個盤塊上的指針，將同屬于一個文件的多個離散的盤塊鏈接成一個鏈表，把這樣形成的物理文件稱為鏈接文件。簡單；沒有外碎片；可動態(tài)增長；不能隨機訪問3、外存分配方式鏈接分配(Chained Allocation)3、外存分配方式索引分配為每個文件分配一個索引塊(表)，再把分配給該文件的所有盤塊號，都記錄在該索引塊中。隨機訪問，尋道多，需額外訪問索引塊。沒有外碎片，但增加了索引塊的開銷。3、外存分配方式索引分配3、外存分配方式索引分配3、外存分配方式索引分配混合索引4、目錄管理文件目錄：是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于標(biāo)識系統(tǒng)中的文件及物理地址，供檢索時使用。目錄管理要求：實現(xiàn)按名存??；提高檢索速度

7、；文件共享；允許文件重名。4、目錄管理文件目錄的組成：文件控制塊(FCB)：文件屬性的集合。文件控制塊的有序集合稱為文件目錄。通常一個文件目錄也被看做是一個文件，稱為目錄文件。組成：基本信息、存取控制信息、使用信息基本信息：文件名、文件物理位置、文件邏輯結(jié)構(gòu)、文件的物理結(jié)構(gòu)。存取控制信息：存取權(quán)限。使用信息：建立時間、修改時間、當(dāng)前信息。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：單級目錄結(jié)構(gòu)：每個存儲設(shè)備上只建立一張線性目錄表，為每個文件分配一個FCB。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：單級目錄結(jié)構(gòu)：每個存儲設(shè)備上只建立一張線性目錄表，為每個文件分配一個FCB。文件名唯一，不允許重名。不便于實現(xiàn)共享。查找速度慢。4、

8、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：二級目錄結(jié)構(gòu)：為每個用戶建立一個單獨的用戶文件目錄UFD(User File Directory)，系統(tǒng)再建立一個主文件目錄MFD(Master File Directory),每個用戶目錄文件都占有一個目錄項。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：二級目錄結(jié)構(gòu)：每個用戶一個單獨目錄。提高了檢索目錄的速度：m個用戶，每個用戶n個文件，平均搜索(m+n)/2個FCBs。不同的目錄中，可以使用相同的文件名。不同用戶還可以使用不同的文件名來訪問系統(tǒng)中的同一個共享文件。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：多級目錄結(jié)構(gòu)：樹型目錄。4、目錄管理文件目錄結(jié)構(gòu)：多級目錄結(jié)構(gòu)：目錄結(jié)構(gòu)：樹型目錄。路徑名：從根目

9、錄到任何數(shù)據(jù)文件，都只有一條唯一的通路。當(dāng)前目錄：把從當(dāng)前目錄開始直到數(shù)據(jù)文件為止所構(gòu)成的路徑名，稱為相對路徑；而把從樹根開始的路徑名稱稱為絕對路徑。5、數(shù)據(jù)一致性控制當(dāng)把一個數(shù)據(jù)分別存儲到多個文件中時，便可能使數(shù)據(jù)一致性出現(xiàn)問題。解決辦法：事務(wù)并發(fā)控制重復(fù)數(shù)據(jù)一致性5、數(shù)據(jù)一致性控制事務(wù)：用于訪問和修改各種數(shù)據(jù)項的一個程序單位。被訪問的數(shù)據(jù)可以分散地存放在同一文件的不同記錄中，也可放在多個文件中。只有對分布在不同位置的同一數(shù)據(jù)所進行的讀和寫操作全部完成時，才能再以提交操作(Commit Operation)來終止事務(wù)。只要有一個失敗，便須執(zhí)行取消操作(Abort Operation)。原子性

10、5、數(shù)據(jù)一致性控制事務(wù)：事務(wù)記錄：事務(wù)名、數(shù)據(jù)項名、舊值、新值。存放在穩(wěn)定存儲器中，用來記錄在事務(wù)運行時數(shù)據(jù)項修改的全部信息，故又稱為運行記錄(Log)?；謴?fù)算法：Undo.該過程把所有被事務(wù)Ti修改過的數(shù)據(jù)，恢復(fù)為修改前的值。Redo.該過程能把所有被事務(wù)Ti修改過的數(shù)據(jù)，設(shè)置為新值。5、數(shù)據(jù)一致性控制并發(fā)控制：多用戶環(huán)境下，各事務(wù)對數(shù)據(jù)項的修改是互斥的，只有在一個事務(wù)執(zhí)行完后，才允許另一事務(wù)執(zhí)行。人們把這種特性稱為順序性(Serializability)。把用于實現(xiàn)事務(wù)順序性的技術(shù)稱為并發(fā)控制(Concurrent Control)。利用互斥鎖實現(xiàn)“順序性”。利用互斥鎖和共享鎖實現(xiàn)順序性。

11、5、數(shù)據(jù)一致性控制并發(fā)控制：利用互斥鎖實現(xiàn)“順序性”：為每一個共享對象設(shè)置一把互斥鎖。當(dāng)一事務(wù)要去訪問某對象時，應(yīng)先獲得對象的互斥鎖，將該對象鎖住，執(zhí)行操作，其它事務(wù)由于未能獲得該鎖而不能訪問該對象。5、數(shù)據(jù)一致性控制并發(fā)控制：利用互斥鎖和共享鎖實現(xiàn)順序性：共享鎖與互斥鎖的區(qū)別在于互斥鎖僅允許一個事務(wù)對相應(yīng)對象執(zhí)行讀或?qū)懖僮鳎蚕礞i則允許多個事務(wù)對相應(yīng)對象執(zhí)行讀操作，而不允許其中任何一個事務(wù)對對象執(zhí)行寫操作。執(zhí)行讀操作，則只需獲得共享鎖，若已被互斥鎖鎖住，等待。執(zhí)行寫操作，還需獲得互斥鎖。5、數(shù)據(jù)一致性控制重復(fù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)一致性問題：為了保證數(shù)據(jù)的安全性，最常用的做法是把關(guān)鍵文件或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)制多份，分別存儲到不同的地方，當(dāng)主文件失效時，還有備份文件可以使用。習(xí)題如果塊長4KB(即索引塊和數(shù)據(jù)塊長4K)，每個指針4B，則采用這種索引分配時，允許的文件最大尺寸是多少？ 答案：4KB*（4KB/4B）=4MB習(xí)題設(shè)物理塊大小為512B，某目錄下有128個文件。原來的FCB占64B，那么該目錄需占用多少個物理塊？查找一個文件的平均訪盤次數(shù)為多少？每個物理塊能容納 512/64=8 個FCB，則該目錄文件需占128/8=16 塊，查找一個文件的平均訪盤次數(shù)為: (1+16)/2=8.5次。習(xí)題填空題1.根據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)，文件分為（）和記錄式