第5章 文件管理

第5章文件管理5.1文件管理概述5.2文件結(jié)構(gòu)5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.4文件目錄管理5.5文件共享與安全5.6文件使用本章結(jié)束！5.1文件管理概述5.1.1文件管理的主要任務(wù)

文件是指存儲(chǔ)在外存上的信息集合。在大多數(shù)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，文件是主要的處理對(duì)象。

文件管理的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)管理文件信息，并把對(duì)文件的存取、共享和保護(hù)等手段提供給操作系統(tǒng)和用戶(hù)。文件管理的主要目標(biāo)是提高外存儲(chǔ)空間的利用率，其主要任務(wù)是對(duì)用戶(hù)文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，方便用戶(hù)的使用，并保證文件的安全性。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.2文件管理的主要功能1．文件存儲(chǔ)空間管理文件都是存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的，所以磁盤(pán)空間的管理是文件管理需要考慮的一個(gè)主要問(wèn)題。要把文件保存到存儲(chǔ)介質(zhì)上，必須知道哪些存儲(chǔ)空間已經(jīng)使用，哪些存儲(chǔ)空間還沒(méi)有使用，文件只能保存到?jīng)]有使用的空閑的存儲(chǔ)空間，否則會(huì)破壞已保存的信息。

文件存儲(chǔ)空間管理是為每個(gè)文件分配必要的存儲(chǔ)空間，提高存儲(chǔ)空間的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的工作速度。由于文件存儲(chǔ)設(shè)備是以存儲(chǔ)塊為單位進(jìn)行管理的，因此，文件存儲(chǔ)空間的管理實(shí)質(zhì)上是對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)塊的組織和管理問(wèn)題，它包括存儲(chǔ)塊的組織，存儲(chǔ)塊的分配與存儲(chǔ)塊的回收。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.2文件管理的主要功能2．文件目錄管理目錄管理的任務(wù)是為每個(gè)文件建立目錄項(xiàng)，并對(duì)眾多的目錄加以組織，以實(shí)現(xiàn)文件的按名存取，實(shí)現(xiàn)文件的共享，提供快速的目錄查詢(xún)手段，提高文件的檢索速度。為實(shí)現(xiàn)文件的按名存取，每個(gè)文件應(yīng)該具有一個(gè)文件名與之對(duì)應(yīng)。一般來(lái)講，用戶(hù)文件名由用戶(hù)指定，系統(tǒng)文件和特殊文件名在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)指定。為了有效地利用存儲(chǔ)空間并迅速準(zhǔn)確地完成由文件名到文件物理位置的轉(zhuǎn)換，必須把與文件相關(guān)的文件名等信息按一定的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列，這主要是依賴(lài)于文件目錄來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.2文件管理的主要功能3．邏輯文件與物理文件的轉(zhuǎn)換用戶(hù)的大量信息都存放在磁盤(pán)或磁帶上，必須記住各種信息的分布情況及信息存放的物理位置，并啟動(dòng)磁盤(pán)或磁帶機(jī)來(lái)保存或讀取信息。為了方便用戶(hù)，規(guī)定用戶(hù)直接使用的是邏輯文件，用戶(hù)使用文件時(shí)只要給出文件的名字和一些適當(dāng)?shù)恼f(shuō)明信息，文件系統(tǒng)就能按照用戶(hù)的要求把邏輯文件組織成物理文件存放到存儲(chǔ)介質(zhì)上或者把存儲(chǔ)介質(zhì)上的物理文件轉(zhuǎn)換成邏輯文件供用戶(hù)使用。文件系統(tǒng)還可以根據(jù)需要更換文件存放的位置而對(duì)用戶(hù)沒(méi)有任何影響。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.2文件管理的主要功能4．文件讀寫(xiě)管理文件的讀寫(xiě)控制是和文件的共享、保護(hù)和保密問(wèn)題緊密相關(guān)的。這三個(gè)問(wèn)題實(shí)際上是一個(gè)用戶(hù)對(duì)文件的使用權(quán)限，即讀、寫(xiě)、執(zhí)行的許可權(quán)問(wèn)題。文件系統(tǒng)讀寫(xiě)控制的主要任務(wù)：一是，對(duì)擁有讀寫(xiě)和執(zhí)行權(quán)限的用戶(hù)，允許他們對(duì)文件進(jìn)行相應(yīng)的操作。二是，對(duì)沒(méi)有相應(yīng)權(quán)限的用戶(hù)，禁止他們對(duì)文件進(jìn)行相應(yīng)的操作。三是，防止一個(gè)用戶(hù)冒充其他用戶(hù)對(duì)文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作。四是，防止擁有存取權(quán)限的用戶(hù)誤用文件。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.2文件管理的主要功能5．文件共享和安全的管理

文件共享是指不同的用戶(hù)共同使用同一個(gè)文件。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有些文件是可以供多個(gè)用戶(hù)共享的，如編輯程序和函數(shù)等。在文件共享的系統(tǒng)中，只需要保存該共享文件的一個(gè)副本，就可以減少文件復(fù)制操作花費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間。在文件的使用過(guò)程中，一些人為因素、系統(tǒng)因素和自然因素都會(huì)導(dǎo)致文件被破壞或丟失。文件的安全管理即文件的保護(hù)，是解決對(duì)文件非法操作的關(guān)鍵。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.3文件系統(tǒng)的基本概念1．文件

文件是指存放在外存上的已命名的一組相關(guān)信息的集合，通常將程序和數(shù)據(jù)組織成文件。文件中的基本訪問(wèn)單位是位、字節(jié)或記錄。文件的屬性包括文件類(lèi)型、文件長(zhǎng)度、文件的物理位置、文件的存取控制、文件的建立時(shí)間。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.3文件系統(tǒng)的基本概念2．記錄

記錄是一組相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，用于描述數(shù)據(jù)對(duì)象某方面的屬性。它是文件中數(shù)據(jù)處理的基本單位，是組成文件的基本元素。在一個(gè)由大量記錄組成的文件中，為了能惟一地標(biāo)識(shí)一條記錄，可以在記錄的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)中，確定出一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，把它（或它們）稱(chēng)為關(guān)鍵字（key）。如在描述學(xué)生的數(shù)據(jù)項(xiàng)中，學(xué)號(hào)可以做為關(guān)鍵字。

第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.3文件系統(tǒng)的基本概念3．?dāng)?shù)據(jù)項(xiàng)

數(shù)據(jù)項(xiàng)是指描述一個(gè)對(duì)象的某種屬性的字符集，它是數(shù)據(jù)處理的最小單位。它可以分為基本數(shù)據(jù)項(xiàng)和組合數(shù)據(jù)項(xiàng)。

（1）基本數(shù)據(jù)項(xiàng)?；緮?shù)據(jù)項(xiàng)是用于描述一個(gè)對(duì)象的某種屬性的字符集，是數(shù)據(jù)組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據(jù)單位，即原子數(shù)據(jù)，又稱(chēng)為數(shù)據(jù)元素或字段。它的命名往往與其屬性一致。

（2）組合數(shù)據(jù)項(xiàng)。組合數(shù)據(jù)項(xiàng)由若干個(gè)基本數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，簡(jiǎn)稱(chēng)組項(xiàng)。例如，工資就是一個(gè)組項(xiàng)，它由基本工資、工齡工資和獎(jiǎng)勵(lì)工資等基本項(xiàng)組成。

第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.3文件系統(tǒng)的基本概念4．文件類(lèi)型（1）按性質(zhì)和用途分類(lèi)：系統(tǒng)文件、用戶(hù)文件和庫(kù)文件。（2）按文件中的數(shù)據(jù)形式分類(lèi)：源文件、目標(biāo)文件和可執(zhí)行文件。（3）按文件的存取控制屬性分類(lèi)：只執(zhí)行文件、只讀文件和讀寫(xiě)文件。（4）按文件的邏輯結(jié)構(gòu)分類(lèi)：有結(jié)構(gòu)文件和無(wú)結(jié)構(gòu)文件。（5）按文件的物理結(jié)構(gòu)分類(lèi)：順序文件、鏈接文件和索引文件。（6）按照文件的內(nèi)容分類(lèi)：普通文件、目錄文件和特殊文件。第5章文件管理5.1文件管理概述5.1.3文件系統(tǒng)的基本概念5．文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)是指含有大量文件及其屬性說(shuō)明、對(duì)文件進(jìn)行操作和管理的，向用戶(hù)提供使用接口的軟件集合。圖5-1表示了文件系統(tǒng)的組成。它分為三個(gè)層次，最低層是對(duì)象及其屬性說(shuō)明；中間層是對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作和管理的軟件集合；最高層是文件系統(tǒng)提供給用戶(hù)的接口。第5章文件管理返回5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.1文件的邏輯結(jié)構(gòu)1．文件邏輯結(jié)構(gòu)的概念

文件的邏輯結(jié)構(gòu)是用戶(hù)組織文件時(shí)可見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，即用戶(hù)所觀察到的文件組織形式。文件的邏輯結(jié)構(gòu)是用戶(hù)可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，它獨(dú)立于物理特性，又稱(chēng)為文件組織。

選擇文件的邏輯結(jié)構(gòu)主要有以下原則：

(1)提高檢索效率。根據(jù)給定的邏輯結(jié)構(gòu)，應(yīng)使文件系統(tǒng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)找到所需要的記錄或基本信息單位。

(2)便于修改。便于在文件中增加、刪除和修改一條或多條記錄。

(3)降低文件存儲(chǔ)費(fèi)用，使文件占用最小的存儲(chǔ)空間。

(4)便于用戶(hù)操作。第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.1文件的邏輯結(jié)構(gòu)2．文件邏輯結(jié)構(gòu)的形式

文件的邏輯結(jié)構(gòu)從形式上分為兩類(lèi)：有結(jié)構(gòu)的記錄式文件和無(wú)結(jié)構(gòu)的流式文件。如圖5-2所示。

（1）有結(jié)構(gòu)的記錄式文件。圖5-2左圖文件A為記錄式文件，它由若干條記錄構(gòu)成，記錄可以按順序編號(hào)，對(duì)文件的訪問(wèn)按記錄號(hào)進(jìn)行；也可以為每條記錄指定一個(gè)或一組數(shù)據(jù)項(xiàng)作為關(guān)鍵字，然后按關(guān)鍵字進(jìn)行訪問(wèn)。記錄是用戶(hù)程序與文件系統(tǒng)交換信息的基本單位。

（2）無(wú)結(jié)構(gòu)的流式文件。流式文件是指由字符流構(gòu)成的文件。它內(nèi)部的數(shù)據(jù)不再組成記錄，只是一串字符。對(duì)流式文件的存取需要指定起始字符和字符數(shù)。如圖5-2右文件B所示。

第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)1．文件物理結(jié)構(gòu)的概念

文件的物理結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它是指文件在外存上存儲(chǔ)時(shí)的組織結(jié)構(gòu)。文件的物理結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)介質(zhì)的物理特性及用戶(hù)對(duì)文件的訪問(wèn)方式有關(guān)。文件的物理結(jié)構(gòu)通常劃分為大小相等的物理塊。這些物理塊也稱(chēng)為物理記錄，它是文件分配及傳輸信息的基本單位。物理記錄的大小與物理設(shè)備有關(guān)，與邏輯記錄的大小無(wú)關(guān)。

第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)2．文件物理結(jié)構(gòu)的形式根據(jù)文件存儲(chǔ)設(shè)備的特性以及用戶(hù)對(duì)文件的訪問(wèn)方式，可以在文件存儲(chǔ)器中使用以下三種：（1）順序結(jié)構(gòu)。順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的一種物理結(jié)構(gòu)。順序結(jié)構(gòu)將一個(gè)在邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放在外存連續(xù)的物理塊中，即所謂的邏輯上連續(xù)，物理上也連續(xù)。如圖5-3所示。順序結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是管理簡(jiǎn)單，存取速度快，適合于順序訪問(wèn)。第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)2．文件物理結(jié)構(gòu)的形式

（2）鏈接結(jié)構(gòu)?？朔樞蛭募秉c(diǎn)的辦法之一是采用鏈接結(jié)構(gòu)。鏈接結(jié)構(gòu)將文件存放在外存的若干個(gè)物理塊中，這些物理塊不必連續(xù)，并且在每一個(gè)物理塊中設(shè)一個(gè)指針，指向下一個(gè)物理塊的位置，從而使得存放在同一個(gè)文件的物理塊鏈接起來(lái)。如圖5-4所示。

鏈接文件的優(yōu)點(diǎn)是文件的長(zhǎng)度可以動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，增加和刪除記錄比較容易，只需要調(diào)整鏈表中的指針即可，外存的利用率高。其缺點(diǎn)是隨機(jī)訪問(wèn)效率低。因此，鏈接文件的訪問(wèn)方式應(yīng)該是順序訪問(wèn)。第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)2．文件物理結(jié)構(gòu)的形式

（3）索引結(jié)構(gòu)。索引文件克服了順序文件和鏈接文件的缺點(diǎn)。索引結(jié)構(gòu)將文件存放在外存的若干個(gè)物理塊中，并為每一個(gè)文件建立一張索引表，索引表中的每個(gè)表目存放文件信息的邏輯塊號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)。索引表的物理地址由文件說(shuō)明信息給出。索引結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。索引文件既適合順序訪問(wèn)，又適合隨機(jī)訪問(wèn)，應(yīng)用范圍廣泛。但是，當(dāng)文件的記錄數(shù)很多時(shí)，索引表就會(huì)很龐大從而降低檢索的速度。第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)3．文件的訪問(wèn)方式根據(jù)用戶(hù)對(duì)文件內(nèi)數(shù)據(jù)的處理方法不同，文件的訪問(wèn)方式可以分為：

（1）順序訪問(wèn)。它是指用戶(hù)從文件初始數(shù)據(jù)開(kāi)始依次訪問(wèn)文件中的信息。對(duì)記錄式文件意味著按記錄的編號(hào)從小到大進(jìn)行存取，對(duì)流式文件則意味著對(duì)文件從頭至尾進(jìn)行存取。順序訪問(wèn)的特點(diǎn)是訪問(wèn)速度快，不需要計(jì)算訪問(wèn)信息的位置，適合于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和匯總等。

（2）直接訪問(wèn)。也稱(chēng)為隨機(jī)訪問(wèn)，是指用戶(hù)隨機(jī)地訪問(wèn)文件中的某段信息。用戶(hù)在采用直接訪問(wèn)方式訪問(wèn)文件時(shí)，文件必須存放在可以支持快速定位的隨機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備中。

第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.3記錄的成組和分解每個(gè)用戶(hù)的文件是由用戶(hù)按照自己的需要組織的，邏輯記錄的大小是由文件的性質(zhì)決定的。而存儲(chǔ)介質(zhì)上的分塊是根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的特性劃分的。所以，邏輯記錄的大小往往與存儲(chǔ)塊的大小不一致。為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，提高主存的利用率，系統(tǒng)引入了記錄的成組和分解。如圖5-7所示。

第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.3記錄的成組和分解1．記錄成組

記錄成組是指把若干條邏輯記錄合并成一組存入一個(gè)物理塊的過(guò)程。記錄的成組操作必須使用主存緩沖區(qū)，而一個(gè)緩沖區(qū)的長(zhǎng)度等于最大邏輯記錄長(zhǎng)度乘以成組的邏輯記錄個(gè)數(shù)。根據(jù)是否允許將一條邏輯記錄存儲(chǔ)于兩個(gè)物理塊上，可以把記錄成組分為跨塊方式和不跨塊方式?？鐗K方式允許一條邏輯記錄存儲(chǔ)于兩個(gè)物理塊上，而不跨塊方式則不允許一條邏輯記錄存儲(chǔ)于兩個(gè)物理塊上。

特點(diǎn)：采用不跨塊方式進(jìn)行記錄成組，操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但是，會(huì)浪費(fèi)一定的存儲(chǔ)空間；而采用跨塊方式進(jìn)行記錄成組，提高了存儲(chǔ)空間的利用率，但是，操作復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)。第5章文件管理5.2文件結(jié)構(gòu)5.2.3記錄的成組和分解2．記錄分解

記錄分解是指從一條物理記錄中把邏輯記錄分離出來(lái)的過(guò)程。記錄成組存放后，當(dāng)用戶(hù)需要某一條記錄時(shí)，必須把含有該條記錄的整塊信息讀出，再?gòu)倪@一組邏輯記錄中找出用戶(hù)所需要的記錄進(jìn)行處理。記錄分解也需要使用主存緩沖區(qū)，如圖5-9所示。

采用記錄成組與分解操作可以提高存儲(chǔ)空間的利用率，有效地減少存儲(chǔ)設(shè)備的啟動(dòng)次數(shù)。但是，記錄的成組與分解操作需要設(shè)立主存緩沖區(qū)，增加了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。第5章文件管理返回5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型1．順序存儲(chǔ)設(shè)備

順序存儲(chǔ)設(shè)備是按信息的物理位置進(jìn)行定位和讀/寫(xiě)操作的存儲(chǔ)設(shè)備。在順序存儲(chǔ)設(shè)備中，只有前面的物理塊被存取之后，才能存取其后的物理塊。例如磁帶就是一種典型的順序存儲(chǔ)設(shè)備，它總是從磁帶的當(dāng)前位置開(kāi)始讀/寫(xiě)。磁帶機(jī)上的塊不是用地址來(lái)標(biāo)識(shí)的，而是用它在磁帶上的位置來(lái)標(biāo)識(shí)的。為了在存取一個(gè)物理塊時(shí)讓磁帶機(jī)提前加速和不停止在下一個(gè)物理塊的位置上，磁帶的兩個(gè)相鄰的物理塊之間設(shè)計(jì)有一個(gè)間隙將它們隔開(kāi)。磁帶的結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型1．順序存儲(chǔ)設(shè)備。磁帶的存儲(chǔ)特性如下：（1）磁帶是一種順序存取的存儲(chǔ)設(shè)備，總是從磁頭的當(dāng)前位置開(kāi)始讀寫(xiě)。（2）磁帶上的塊不由地址來(lái)標(biāo)識(shí)，而由其在磁帶上的位置來(lái)識(shí)別。（3）塊與塊之間有間隙，磁帶上的物理塊就是通過(guò)間隙來(lái)區(qū)分的。（4）磁帶的存取速度與信息密度、磁帶帶速和塊間間隙有關(guān)。如果帶速高，信息密度大，且所需塊間隙小，則磁帶存取速度高。（5）磁帶的容量大，采用順序存取方式時(shí)存取速度高，采用隨機(jī)存取方式效率較低。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型1．順序存儲(chǔ)設(shè)備?！纠?-1】假定磁帶記錄密度為每英寸800字符，每一條邏輯記錄為160字符，塊間隙為0.6英寸。今有1500條邏輯記錄需要存儲(chǔ)，試計(jì)算磁帶的利用率？若要使磁帶空間利用率不少于50%，至少應(yīng)以多少條邏輯記錄為一組？這說(shuō)明了什么問(wèn)題？【解】因磁帶記錄密度為每英寸800字符，則一條邏輯記錄占據(jù)的磁帶長(zhǎng)度為：160/800=0.2英寸，1500條邏輯記錄要占據(jù)的磁帶長(zhǎng)度為（0.2+0.6）*1500=1200英寸。磁帶的利用率為：0.2/（0.2+0.6）=25%。要使磁帶的利用率不少于50%，即磁帶利用率大于或等于50%，則一組邏輯記錄所占的磁帶長(zhǎng)度應(yīng)與間隙長(zhǎng)度相等，所以一組中的邏輯記錄數(shù)至少為：0.6/0.2=3條。這說(shuō)明記錄的成組可以提高外存空間的利用率。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型2．直接存儲(chǔ)設(shè)備

直接存儲(chǔ)設(shè)備是允許文件系統(tǒng)直接存取對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)介質(zhì)上的任意物理塊的存儲(chǔ)設(shè)備。如磁盤(pán)就是典型的直接存儲(chǔ)設(shè)備。磁盤(pán)設(shè)備允許文件系統(tǒng)直接存取磁盤(pán)上的任意物理塊。磁盤(pán)機(jī)一般由若干張磁盤(pán)片組成，這些盤(pán)片可以同時(shí)沿著一個(gè)固定方向高速旋轉(zhuǎn)。每個(gè)盤(pán)面對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，所有的讀寫(xiě)磁頭被固定在惟一的磁臂上，這樣磁頭可以沿半徑方向同時(shí)移動(dòng)，讀寫(xiě)磁盤(pán)上不同位置上的信息。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型2．直接存儲(chǔ)設(shè)備。與磁盤(pán)有關(guān)的概念。

（1）磁道。磁盤(pán)盤(pán)片上的一系列同心圓稱(chēng)為磁道；為了描述磁道，對(duì)磁道由外向內(nèi)進(jìn)行編號(hào)，稱(chēng)為磁道號(hào)（編號(hào)均從0開(kāi)始）。即系統(tǒng)通過(guò)磁道號(hào)完成對(duì)磁道的操作。

（2）柱面。與盤(pán)片中心有相同距離的所有磁道組成一個(gè)柱面；當(dāng)磁臂移動(dòng)到某一位置時(shí)，所有的讀寫(xiě)磁頭都在同一個(gè)柱面上，盤(pán)面上的磁道號(hào)即為柱面號(hào)；對(duì)于軟盤(pán)，一個(gè)柱面僅包含兩個(gè)磁道。

（3）扇區(qū)。磁道沿徑向又分成大小相等的若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域稱(chēng)為一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可以存放相等字節(jié)數(shù)（一般為512字節(jié)）的信息，按照與磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)相反的方向依次給扇區(qū)編號(hào)，稱(chēng)為扇區(qū)號(hào)。

（4）磁頭號(hào)。所有的讀寫(xiě)磁頭由上至下進(jìn)行編號(hào)，稱(chēng)為磁頭號(hào)。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型2．直接存儲(chǔ)設(shè)備。磁盤(pán)的存儲(chǔ)特性如下：(1)磁盤(pán)是一種直接存?。ò吹刂罚┑拇鎯?chǔ)設(shè)備。(2)磁盤(pán)空間的位置由三個(gè)因素決定：柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)。(3)在磁盤(pán)上信息是按柱面存放的，空間分配的基本單位是簇。(4)訪問(wèn)磁盤(pán)的時(shí)間由三部分組成，即尋道時(shí)間、延遲時(shí)間和傳輸時(shí)間。其中尋道時(shí)間是指將磁頭從當(dāng)前位置移動(dòng)到指定磁道所經(jīng)歷的時(shí)間，也稱(chēng)為移臂時(shí)間；延遲時(shí)間是通過(guò)磁盤(pán)的旋轉(zhuǎn)將指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面的時(shí)間，也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)時(shí)間；傳輸時(shí)間是指將扇區(qū)上的數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出或向磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間。

(5)磁盤(pán)的容量大、訪問(wèn)速度快，可以快速定位物理扇區(qū)，直接訪問(wèn)，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)介質(zhì)。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型2．直接存儲(chǔ)設(shè)備。【例5-2】某軟盤(pán)有40個(gè)磁道，磁頭從一個(gè)磁道移到另一個(gè)磁道需要6ms。文件在磁盤(pán)上非連續(xù)存放，邏輯上相鄰數(shù)據(jù)塊的平均距離為13磁道，每塊的旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間及傳輸時(shí)間分別為100ms、25ms，問(wèn)讀取一個(gè)100塊的文件需要多少時(shí)間？如果系統(tǒng)對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行了整理，讓同一個(gè)磁盤(pán)塊盡可能靠攏，從而使邏輯上相鄰的數(shù)據(jù)塊的平均距離降為2磁道，這時(shí)讀取一個(gè)100塊的文件需要多少時(shí)間？第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.1文件存儲(chǔ)設(shè)備的類(lèi)型2．直接存儲(chǔ)設(shè)備。

【解】磁盤(pán)訪問(wèn)時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間+傳輸時(shí)間。（1）磁盤(pán)整理前，邏輯上相鄰的數(shù)據(jù)塊的平均距離為13磁道，讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間為：13*6+100+25=203ms。因此，讀取100塊的文件需要的時(shí)間為：203*100=20300ms。（2）磁盤(pán)整理后，邏輯上相鄰的數(shù)據(jù)塊的平均距離為2磁道，讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)間為：2*6+100+25=137ms。因此，讀取100塊的文件需要的時(shí)間為：137ms*100=13700ms。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法

磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度就是要決定等待者的訪問(wèn)次序，采用的調(diào)度策略稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法。驅(qū)動(dòng)調(diào)度是先進(jìn)行移臂調(diào)度，以盡可能減少尋道時(shí)間；再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度，以減少延遲時(shí)間。

1．移臂調(diào)度移臂調(diào)度采用的算法有先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）、掃描算法（SCAN）或電梯調(diào)度算法和循環(huán)掃描（CSCAN）調(diào)度算法。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法

1．移臂調(diào)度

（1）先來(lái)先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法。它是按請(qǐng)求訪問(wèn)者的先后次序啟動(dòng)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，而不考慮它們要訪問(wèn)的物理位置。采用這種調(diào)度算法，只需要對(duì)訪問(wèn)磁盤(pán)的作業(yè)排隊(duì)。新來(lái)的訪問(wèn)者排在隊(duì)尾，始終從隊(duì)首取出訪問(wèn)者訪問(wèn)磁盤(pán)，直到該隊(duì)列為空。

特點(diǎn)：采用這種調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是在某些情況下會(huì)增加磁臂的移動(dòng)次數(shù)，甚至大幅度地移動(dòng)。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法

1．移臂調(diào)度（2）最短尋道時(shí)間優(yōu)先（SSTF）調(diào)度算法。總是讓離當(dāng)前磁道最近的請(qǐng)求訪問(wèn)者啟動(dòng)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，即讓查找時(shí)間最短的那個(gè)作業(yè)先執(zhí)行，而不考慮請(qǐng)求訪問(wèn)者到來(lái)的先后次序，這樣就克服了先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法中磁臂移動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題。該調(diào)度算法需要為請(qǐng)求訪問(wèn)磁盤(pán)的作業(yè)設(shè)置一個(gè)隊(duì)列，隨著當(dāng)前磁道的改變，不斷計(jì)算后續(xù)訪問(wèn)者與當(dāng)前磁道的距離，讓距離最短的訪問(wèn)者訪問(wèn)磁盤(pán)。當(dāng)前磁道為最新訪問(wèn)的磁道。

特點(diǎn)：該調(diào)度算法，雖然減少了磁臂的移動(dòng)距離，但是，會(huì)經(jīng)常改變磁臂的移動(dòng)方向，花費(fèi)時(shí)間多又影響機(jī)械部件，還會(huì)導(dǎo)致“饑餓”現(xiàn)象，即較遠(yuǎn)距離的孤立的訪問(wèn)者可能很長(zhǎng)時(shí)間不能獲得訪問(wèn)磁盤(pán)的機(jī)會(huì)。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法

1．移臂調(diào)度

（3）掃描算法（SCAN）或電梯調(diào)度算法。總是從磁臂當(dāng)前位置開(kāi)始，沿磁臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前磁臂最近的那個(gè)柱面的訪問(wèn)者。如果沿磁臂的方向無(wú)請(qǐng)求訪問(wèn)時(shí)，就改變磁臂的移動(dòng)方向。磁臂的移動(dòng)類(lèi)似于電梯，所以也稱(chēng)它為電梯調(diào)度算法。采用這種調(diào)度算法，需要為訪問(wèn)者設(shè)置兩個(gè)隊(duì)列，根據(jù)磁頭的移動(dòng)方向，能訪問(wèn)到的訪問(wèn)者由近及遠(yuǎn)排隊(duì)，背離磁頭移動(dòng)方向的訪問(wèn)者也由近及遠(yuǎn)排為另一隊(duì)。先按磁頭移動(dòng)方向隊(duì)列調(diào)度訪問(wèn)者訪問(wèn)磁盤(pán)，當(dāng)該方向沒(méi)有訪問(wèn)者時(shí)，再改變方向，選擇另一個(gè)訪問(wèn)者隊(duì)列訪問(wèn)磁盤(pán)。特點(diǎn)：較好地解決了尋道性能，又防止了“饑餓”現(xiàn)象。但是，會(huì)出現(xiàn)剛訪問(wèn)過(guò)的柱面再次提出請(qǐng)求時(shí)，會(huì)等待較長(zhǎng)的時(shí)間。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法

1．移臂調(diào)度

（4）循環(huán)掃描（CSCAN）調(diào)度算法。它是在掃描算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的。磁臂改為單向移動(dòng)，由外向里。從當(dāng)前位置開(kāi)始沿磁臂的移動(dòng)方向去選擇離當(dāng)前磁臂最近的那個(gè)柱面的訪問(wèn)者。如果沿磁臂的方向無(wú)請(qǐng)求訪問(wèn)時(shí)，再回到最外，訪問(wèn)柱面號(hào)最小的作業(yè)請(qǐng)求。該調(diào)度算法，需要為訪問(wèn)者設(shè)置一個(gè)隊(duì)列，該隊(duì)列按磁道序號(hào)的升序排列，磁頭按磁道序號(hào)由小到大掃描一遍，被掃描到的訪問(wèn)者可以訪問(wèn)磁盤(pán)。被訪問(wèn)過(guò)的磁道從該隊(duì)列中刪除，在掃描過(guò)程中，又有新的訪問(wèn)者到來(lái)時(shí)，仍按訪問(wèn)磁道序號(hào)的升序排列。前一遍掃描結(jié)束后，再?gòu)拇诺佬蛱?hào)最小的開(kāi)始掃描。

特點(diǎn)：較好地解決了尋道性能，又防止了“饑餓”現(xiàn)象。不會(huì)讓剛訪問(wèn)過(guò)的磁道再次提請(qǐng)?jiān)L問(wèn)時(shí)等待較長(zhǎng)的時(shí)間。但是，會(huì)出現(xiàn)磁臂的“黏著”現(xiàn)象，即在某一段時(shí)間內(nèi)，始終訪問(wèn)相鄰的幾個(gè)磁道或某一個(gè)磁道時(shí)，磁臂不移動(dòng)的情況。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法2．旋轉(zhuǎn)調(diào)度

旋轉(zhuǎn)調(diào)度采用的是延遲時(shí)間最短者優(yōu)先算法。當(dāng)磁臂定位后，等待訪問(wèn)該柱面的若干個(gè)訪問(wèn)者可能要求訪問(wèn)同一磁道上的不同扇區(qū)，也可能要求訪問(wèn)不同磁道上的扇區(qū)。旋轉(zhuǎn)調(diào)度總是對(duì)先到達(dá)磁頭位置上的扇區(qū)進(jìn)行信息傳送操作，若訪問(wèn)的扇區(qū)號(hào)相同，則應(yīng)分多次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法【例5-3】若磁頭的當(dāng)前位置在100磁道上，磁頭正向磁道號(hào)增加的方向移動(dòng)?，F(xiàn)有一磁盤(pán)讀寫(xiě)請(qǐng)求隊(duì)列：23、376、205、132、19、61、190、398、29、4、18、40。若采用先來(lái)先服務(wù)、最短尋道時(shí)間優(yōu)先和掃描（電梯）調(diào)度算法，試計(jì)算平均尋道長(zhǎng)度各為多少？【解】（1）先來(lái)先服務(wù)算法。訪問(wèn)磁道的順序和移動(dòng)的磁道數(shù)如下表所示：磁頭移動(dòng)磁道總數(shù)為：

77+353+171+73+113+42+129+208+369+25+14+22=1596。平均移動(dòng)道數(shù)為：1596/12=133。（2）最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法。訪問(wèn)磁道的順序和移動(dòng)的磁道數(shù)如下表所示：磁頭移動(dòng)磁道總數(shù)為：第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法32+58+15+144+21+11+6+4+1+14+372+22=700。平均移動(dòng)道數(shù)為：700/12=58.3。（3）掃描（電梯）算法。訪問(wèn)磁道的順序和移動(dòng)的磁道數(shù)如下表所示：磁頭移動(dòng)磁道總數(shù)為：

32+58+15+171+22+337+21+11+6+4+1+14=692。平均移動(dòng)道數(shù)為：692/12=57.7。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法【例5-4】磁盤(pán)請(qǐng)求以10、22、20、2、40、6、38柱面的次序到達(dá)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。尋道時(shí)每個(gè)柱面移動(dòng)需要6ms，計(jì)算以下算法的尋道次序和尋道時(shí)間。（1）先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法；（2）電梯調(diào)度算法（起始向磁道號(hào)大的方向移動(dòng)）在所有情況下磁頭臂起始都位于柱面20號(hào)上。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.2磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法【解】（1）先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法尋道次序：10、22、20、2、40、6、38柱面尋道時(shí)間：((20-10)+(22-10)+(22-20)+(20-2)+(40-2)+(40-6)+(38-6))*6=146*6=876ms（2）電梯調(diào)度算法（起始移動(dòng)向上）尋道次序：22、38、40、20、10、6、2柱面尋道時(shí)間：((22-20)+(38-22)+(40-38)+(40-20)+(20-10)+(10-6)+(6-2))*6=58*6=348ms第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收在文件系統(tǒng)中，存儲(chǔ)管理的主要任務(wù)是對(duì)存儲(chǔ)空間的分配與回收。

1．順序結(jié)構(gòu)與連續(xù)分配（1）基本原理。順序結(jié)構(gòu)將一個(gè)在邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放在外存連續(xù)的物理塊中。連續(xù)分配要求為每一個(gè)文件分配一組相鄰接的盤(pán)塊。一組盤(pán)塊的地址定義了磁盤(pán)上的一段線性地址。因其采用空閑文件目錄登記磁盤(pán)的空閑區(qū)，所以該分配方法也稱(chēng)為空閑文件目錄法。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收

1．順序結(jié)構(gòu)與連續(xù)分配

（2）采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

①文件目錄。用于記錄文件在外存空間的存儲(chǔ)情況，包括文件名、始址、末址或長(zhǎng)度。如圖5-11所示。

②空閑文件目錄。用于記錄外存空閑塊的基本情況。它將文件存儲(chǔ)設(shè)備上的每個(gè)連續(xù)空閑區(qū)看作一個(gè)空閑文件（又稱(chēng)自由文件）。系統(tǒng)為所有空閑文件單獨(dú)建立一個(gè)目錄，每個(gè)空閑文件在這個(gè)目錄中占一個(gè)表目。表目的內(nèi)容包括：起始空閑塊號(hào)、連續(xù)空閑塊個(gè)數(shù)和所包含的物理塊號(hào)，如表5-1所示。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收

1．順序結(jié)構(gòu)與連續(xù)分配（3）外存空間的分配與回收。當(dāng)請(qǐng)求分配外存空間時(shí)，系統(tǒng)依次掃描空閑文件目錄的記錄，直到找到一個(gè)合適的空閑文件為止，在文件目錄中填入該文件的文件名和所分配的始址、末址，并修改空閑文件目錄中相應(yīng)的表目。否則，系統(tǒng)提示空間不足。當(dāng)用戶(hù)撤消一個(gè)文件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)文件目錄，找到該文件在外存中的始址和末址，對(duì)空閑文件目錄進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整有四種情況，與可變分區(qū)管理的空閑區(qū)整理相同。最后，刪除該文件在文件目錄中的記錄。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收

1．順序結(jié)構(gòu)與連續(xù)分配（4）特點(diǎn)：（1）它要求文件存儲(chǔ)在一個(gè)連續(xù)的磁盤(pán)空間中，這種以順序結(jié)構(gòu)存放的文件稱(chēng)為順序文件或連續(xù)文件。（2）文件順序訪問(wèn)容易，存取速度快；對(duì)于記錄定長(zhǎng)的順序文件，還可以隨機(jī)地訪問(wèn)；當(dāng)文件存儲(chǔ)空間只有少量空閑區(qū)時(shí)，效果較好。（3）這種存儲(chǔ)管理會(huì)產(chǎn)生碎片，不利于文件的動(dòng)態(tài)擴(kuò)充，而且必須事先知道文件的長(zhǎng)度。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收2．鏈接結(jié)構(gòu)與鏈接分配（1）基本原理

鏈接結(jié)構(gòu)是將文件存放在外存的若干個(gè)物理塊中，這些物理塊不必連續(xù)，并且在每一個(gè)物理塊中設(shè)有一個(gè)指針，指向下一個(gè)物理塊的位置，從而將存放同一個(gè)文件的物理塊鏈接起來(lái)。因?yàn)榇疟P(pán)空閑塊的管理是用空閑塊鏈的方法，所以這種存儲(chǔ)分配也稱(chēng)為空閑塊鏈法。如圖5-12所示。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收2．鏈接結(jié)構(gòu)與鏈接分配（2）采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

①文件目錄。它用來(lái)記錄文件在外存空間的分配情況，包括文件名和首塊地址。

②空閑塊鏈。在文件存儲(chǔ)設(shè)備上的每個(gè)空閑塊中設(shè)立一個(gè)鏈接指針，指向下一個(gè)空閑塊，從而將所有的空閑塊鏈接在一起，并設(shè)立一個(gè)頭指針指向空閑塊鏈的第一個(gè)物理塊。

③鏈接指針。在每一個(gè)物理塊中設(shè)置一個(gè)指針，用于指向下一個(gè)物理塊。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收2．鏈接結(jié)構(gòu)與鏈接分配（3）外存空間的分配與回收當(dāng)請(qǐng)求分配外存空間時(shí)，系統(tǒng)依次從空閑塊鏈中，取出幾塊分配給該文件，把最后一個(gè)物理塊的指針設(shè)為空值，并調(diào)整空閑塊鏈的頭指針。在文件目錄中增加一條記錄，填入該文件的文件名和首塊地址。若空間不足，則給出提示。當(dāng)撤消一個(gè)文件時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)文件目錄，收回其存儲(chǔ)空間，并將收回的空閑塊依次插入空閑塊鏈?zhǔn)?，同時(shí)刪除該文件在文件目錄中的記錄。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收2．鏈接結(jié)構(gòu)與鏈接分配（4）特點(diǎn)：（1）文件可以存放在一個(gè)不連續(xù)的外存空間中，這種以鏈接結(jié)構(gòu)存放的文件稱(chēng)為鏈接文件或串聯(lián)文件。（2）這種空間分配方法較好地解決了外存“碎片”的問(wèn)題，提高了外存的利用率；文件可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)；鏈接結(jié)構(gòu)適用于順序存取的文件。（3）文件只能按照文件指針鏈順序訪問(wèn)，查找效率低。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收2．鏈接結(jié)構(gòu)與鏈接分配

（5）空閑塊鏈的鏈接方法空閑塊鏈的鏈接方法因系統(tǒng)不同而不同，常用的鏈接方法有：按空閑區(qū)大小順序鏈接，按釋放先后順序鏈接，按成組鏈接。前兩種方法比較直觀，容易理解。這里主要介紹成組鏈接法。

成組鏈接法是將空閑塊分成若干組，其中每組空閑塊數(shù)可以相同也可以不同，再用指針將組與組鏈接起來(lái)，在這種鏈接法中，系統(tǒng)根據(jù)磁盤(pán)塊數(shù)，開(kāi)辟若干塊來(lái)專(zhuān)門(mén)登記系統(tǒng)當(dāng)前擁有的空閑塊的塊號(hào)。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收3．索引結(jié)構(gòu)與索引分配（1）基本原理索引結(jié)構(gòu)將文件存放在外存的若干個(gè)物理塊中，并為每個(gè)文件建立一張索引表，索引表中的每條記錄存放文件信息的邏輯塊號(hào)和與之對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)。系統(tǒng)通過(guò)文件索引表來(lái)完成對(duì)文件的操作。在這種方法中，因?yàn)榇疟P(pán)存儲(chǔ)空間的管理采用的是位示圖，所以，這種存儲(chǔ)管理也稱(chēng)為位示圖法。如圖5-14所示。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收3．索引結(jié)構(gòu)與索引分配（2）采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

①文件目錄。記錄每個(gè)文件的文件名和索引表地址。

②索引表。記錄該文件中每個(gè)邏輯塊號(hào)和與之存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)。文件的邏輯塊與物理塊的大小相同。

③位示圖。用位示圖記錄外存空間的使用情況和剩余的空閑塊數(shù)，包括標(biāo)志位和空閑塊數(shù)兩部分。標(biāo)志位用一個(gè)二進(jìn)制位表示其對(duì)應(yīng)的一個(gè)物理塊的狀態(tài)，其值為“1”時(shí)表示塊已分配，為“0”時(shí)表示塊未分配。位示圖的大小由磁盤(pán)塊的總塊數(shù)決定。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收3．索引結(jié)構(gòu)與索引分配（3）外存空間的分配與回收。當(dāng)文件請(qǐng)求分配外存空間時(shí)，首先計(jì)算該文件所需要的物理塊數(shù)（文件長(zhǎng)度/塊的大小），然后用該塊數(shù)與位示圖中的空閑塊數(shù)比較。若文件塊數(shù)大于空閑塊數(shù)，則顯示外存空間不足的信息，拒絕分配外存空間；否則，系統(tǒng)為該文件建立一張索引表，在文件目錄中登記該文件的名字和索引表的起始地址，并順序掃描位示圖，找出一組值為“0”的二進(jìn)制位。然后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的換算就可以得到物理盤(pán)塊號(hào)，填入該文件的索引表，并將位示圖中的這些位改為“1”。最后，修改位示圖中的空閑塊數(shù)，即減去文件所需要的存儲(chǔ)塊數(shù)。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收3．索引結(jié)構(gòu)與索引分配（3）外存空間的分配與回收。當(dāng)刪除文件，也就是回收磁盤(pán)空間時(shí)，通過(guò)文件目錄找到該文件的索引表，根據(jù)索引表找到該文件所有邏輯塊占用的物理塊號(hào)，計(jì)算出物理塊在位示圖中的行號(hào)和列號(hào)，將該位清“0”。最后，刪除該文件的索引表，并刪除文件目錄中的相應(yīng)記錄。

第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.3存儲(chǔ)空間的分配與回收3．索引結(jié)構(gòu)與索引分配（4）特點(diǎn)：①文件可以通過(guò)索引表存放在一個(gè)不連續(xù)的外存空間，這種以索引結(jié)構(gòu)存放的文件稱(chēng)為索引文件。②較好地解決了磁盤(pán)“碎片”的問(wèn)題，提高了外存的利用率，文件可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地增長(zhǎng)，適宜文件記錄的增加和刪除操作，索引結(jié)構(gòu)可用于順序存取和隨機(jī)存取的文件。

③索引表的引用增加了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。對(duì)于小文件，其索引表的利用率較少。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.4存儲(chǔ)空間分配舉例【例5-5】有一磁盤(pán)組共有10個(gè)盤(pán)面，每個(gè)盤(pán)面上有100個(gè)磁道，每個(gè)磁道有16個(gè)扇區(qū)。假定分配以扇區(qū)為單位，若使用位示圖管理磁盤(pán)空間，問(wèn)位示圖需要占用多少空間？若空閑文件目錄的每條記錄占用5B，問(wèn)何時(shí)空閑文件目錄所需要的空間大于位示圖？【解】因磁盤(pán)組扇區(qū)總數(shù)為：16*100*10=16000，所以位示圖的標(biāo)志位需要16000位=2000B。位示圖中的空閑塊數(shù)的取值范圍為0～16000，可以用2B存儲(chǔ)。位示圖的大小為2000B+2B=2002B。而空閑文件目錄的每條記錄占5B，2002B可以存放的表目數(shù)為：2002/5≈400，所以，當(dāng)空閑文件目錄數(shù)大于400時(shí)，空閑文件目錄所需要的空間大于位示圖。第5章文件管理5.3文件的存儲(chǔ)設(shè)備5.3.4存儲(chǔ)空間分配舉例【例5-6】設(shè)某文件為鏈接文件，由5條邏輯記錄組成，每條邏輯記錄的大小與磁盤(pán)塊大小相等，均為512B，并依次存放在50、121、75、80、63號(hào)盤(pán)塊上。若要存取文件的第1569邏輯地址處的信息，問(wèn)要訪問(wèn)哪一個(gè)磁盤(pán)塊？【解】要存取文件的第1569邏輯地址處的信息，應(yīng)首先計(jì)算該信息所在的邏輯塊號(hào)：邏輯塊號(hào)=1569/512的商=3即要訪問(wèn)的邏輯記錄號(hào)為3。根據(jù)文件的存儲(chǔ)順序，要訪問(wèn)的物理盤(pán)塊號(hào)為80號(hào)磁盤(pán)塊。第5章文件管理返回5.4文件目錄管理

文件管理的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)文件的按名存取。為此，系統(tǒng)必須為每個(gè)文件建立一個(gè)由文件名到物理地址的映射，這種映射信息及其他管理信息組成了該文件的文件說(shuō)明。系統(tǒng)把若干個(gè)文件說(shuō)明放在一張表格中，該表格就是文件目錄。5.4.1文件目錄的基本概念1．文件的組成從文件的管理角度看，一個(gè)文件包括兩部分：文件體和文件控制塊。文件體即文件本身。文件控制塊（FCB：FileControlBlock）也稱(chēng)為文件說(shuō)明，它是為文件設(shè)置的用于描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包括文件名、文件類(lèi)型、文件結(jié)構(gòu)、文件的存儲(chǔ)位置、文件長(zhǎng)度、文件的訪問(wèn)權(quán)限、文件的建立日期和時(shí)間等屬性。文件管理程序借助于文件控制塊中的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的各種操作。文件與文件控制塊一一對(duì)應(yīng)。第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.1文件目錄的基本概念2．文件目錄

文件目錄是指存放文件有關(guān)信息的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它包含多條記錄，每條記錄為一個(gè)文件的文件控制塊（FCB）的有關(guān)信息。最簡(jiǎn)單的記錄包含文件名和文件的起始地址，用以建立文件名和存儲(chǔ)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。較復(fù)雜的記錄包含文件控制塊的全部?jī)?nèi)容，此時(shí)，文件目錄就是文件控制塊的集合。

文件目錄是文件實(shí)現(xiàn)按名存取的重要手段。通常，一個(gè)文件目錄也被看成一個(gè)文件，稱(chēng)為目錄文件，它一般建立在輔存上。文件目錄的管理形式可以分為一級(jí)目錄、二級(jí)目錄、多級(jí)目錄三種。

第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.1文件目錄的基本概念2．文件目錄。對(duì)文件目錄的管理有以下要求：

（1）實(shí)現(xiàn)“按名存取”。即用戶(hù)只需要提供文件名，就可以對(duì)文件進(jìn)行存取。這是目錄管理中最基本的功能，也是文件系統(tǒng)向用戶(hù)提供的最基本的服務(wù)。

（2）提高對(duì)目錄的檢索速度。合理地組織目錄結(jié)構(gòu)，可以加快對(duì)目錄的檢索速度，從而加快對(duì)文件的存取速度。這是在設(shè)計(jì)一個(gè)大、中型文件系統(tǒng)時(shí)，所追求的主要目標(biāo)。

（3）文件共享。在多用戶(hù)系統(tǒng)中，應(yīng)允許多個(gè)用戶(hù)共享一個(gè)文件，這樣，只需在外存中保留一份該文件的副本，就可以供不同的用戶(hù)使用。這樣，可以節(jié)省大量的外存空間。

（4）允許文件重名。系統(tǒng)應(yīng)允許不同用戶(hù)對(duì)不同文件取相同的名字，以便于用戶(hù)按照自己的習(xí)慣命名和使用文件。第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.2一級(jí)目錄1．基本原理一級(jí)目錄，也稱(chēng)為單級(jí)目錄，是一種最簡(jiǎn)單、最原始的目錄結(jié)構(gòu)。它采用的方法是為外存的全部文件建立一張如圖5-17所示的目錄表。表中包括全部文件的文件名、索引表的始址以及文件的其他屬性，如文件長(zhǎng)度、文件類(lèi)型等。每個(gè)文件占據(jù)表中的一條記錄。該目錄表存放在外存的某個(gè)固定區(qū)域，需要時(shí)系統(tǒng)將其全部或部分調(diào)入主存。第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.2一級(jí)目錄1．基本原理

文件系統(tǒng)通過(guò)該目錄表提供的信息對(duì)文件進(jìn)行創(chuàng)建、查找和刪除等操作。（1）當(dāng)建立一個(gè)新文件時(shí)，首先確定該文件在表目中是否惟一，若與已有文件同名，提示用戶(hù)重新起名或覆蓋已有的文件。若不與已有的文件同名，則從目錄表中找出一個(gè)空表目，將新文件的相關(guān)信息填入其中。（2）當(dāng)刪除文件時(shí)，首先從目錄表中找到該文件的目錄項(xiàng)，從中找到該文件索引表的始址，刪除文件的索引表，然后清除該文件所占用的目錄項(xiàng)。（3）當(dāng)對(duì)文件進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，系統(tǒng)首先根據(jù)文件名去查找文件目錄，以確定該文件是否存在。如果存在，根據(jù)該文件的索引表，經(jīng)過(guò)合法性檢查后，完成對(duì)文件的操作；否則，顯示文件不存在的信息。第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.2一級(jí)目錄2．特點(diǎn)（1）目錄結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，管理簡(jiǎn)單，只需要建立一個(gè)文件目錄，對(duì)文件的所有操作，都是通過(guò)該文件目錄實(shí)現(xiàn)的。（2）易發(fā)生重名問(wèn)題。（3）當(dāng)文件較多時(shí)，查找時(shí)間較長(zhǎng)。（4）不便于實(shí)現(xiàn)文件共享，適用于PC機(jī)的單用戶(hù)系統(tǒng)。第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.3二級(jí)目錄1．基本原理為了克服單級(jí)目錄結(jié)構(gòu)所存在的缺點(diǎn)，可以把單級(jí)目錄擴(kuò)充為二級(jí)目錄。在二級(jí)目錄中，有主文件目錄和用戶(hù)文件目錄。在主文件目錄中，每個(gè)用戶(hù)文件目錄都占有一個(gè)目錄項(xiàng)，其中包括用戶(hù)名和指向該用戶(hù)目錄文件的指針。用戶(hù)文件的文件說(shuō)明組成的目錄文件稱(chēng)為用戶(hù)文件目錄，不同的用戶(hù)擁有不同的用戶(hù)文件目錄，這些文件目錄具有相似的結(jié)構(gòu)，由用戶(hù)所有文件的文件控制塊組成。二級(jí)文件目錄結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。

第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.3二級(jí)目錄2．特點(diǎn)（1）提高了檢索目錄的速度。（2）可以解決用戶(hù)文件重名問(wèn)題。（3）可以使不同用戶(hù)共享同一個(gè)文件。（4）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的保護(hù)和保密。（5）二級(jí)文件目錄雖然解決了不同用戶(hù)之間文件同名的問(wèn)題，但是，同一用戶(hù)的文件不能同名。當(dāng)一個(gè)用戶(hù)的文件很多時(shí)，這個(gè)矛盾就比較突出了。第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.4多級(jí)目錄1．基本原理

為了解決用戶(hù)文件同名的問(wèn)題，可以把二級(jí)目錄的層次關(guān)系加以推廣，就形成了多級(jí)目錄。在二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)中，如果進(jìn)一步允許用戶(hù)創(chuàng)建自己的子目錄并相應(yīng)地組織自己的文件，即可以形成三級(jí)目錄結(jié)構(gòu)，依此類(lèi)推，還可以進(jìn)一步形成多級(jí)目錄。通常把三級(jí)或三級(jí)以上的目錄結(jié)構(gòu)稱(chēng)為樹(shù)型目錄結(jié)構(gòu)。在樹(shù)型目錄結(jié)構(gòu)中，除了最低一級(jí)外，其他每一級(jí)存放的都是下一級(jí)目錄或文件的說(shuō)明信息，最高層為根目錄，最低層為文件。UNIX和DOS系統(tǒng)中都采用了樹(shù)型目錄結(jié)構(gòu)，如圖5-19所示。

第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.4多級(jí)目錄1．基本原理當(dāng)要訪問(wèn)某個(gè)文件時(shí)，往往使用路徑名來(lái)標(biāo)識(shí)文件。文件的路徑名是從根目錄出發(fā)，直到所要找到的文件，將所經(jīng)過(guò)的各目錄名用分隔符（通常是“\”）連接起來(lái)而形成的字符串。從根目錄出發(fā)的路徑稱(chēng)為絕對(duì)路徑。當(dāng)目錄的層次較多時(shí)，從根目錄出發(fā)查找文件很費(fèi)時(shí)間。為此引入了當(dāng)前目錄，即由用戶(hù)在一定時(shí)間內(nèi)指定某個(gè)目錄為當(dāng)前目錄，當(dāng)用戶(hù)要訪問(wèn)某個(gè)文件時(shí)，只需要給出從當(dāng)前目錄出發(fā)到要查找的文件之間的路徑。從當(dāng)前目錄出發(fā)的路徑稱(chēng)為相對(duì)路徑。用相對(duì)路徑可以縮短搜索路徑，提高搜索速度。

第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.4多級(jí)目錄2．特點(diǎn)（1）層次清楚。（2）解決了用戶(hù)文件重名問(wèn)題。（3）搜索速度快。

第5章文件管理5.4文件目錄管理5.4.5目錄管理舉例【例5-7】假定磁盤(pán)塊的大小為1KB，對(duì)于540MB的硬盤(pán)，其文件分配表FAT需要占用多少存儲(chǔ)空間？當(dāng)硬盤(pán)容量為1.2GB時(shí)，F(xiàn)AT需要占用多少空間？【解】因硬盤(pán)的大小為540MB，磁盤(pán)塊的大小為1KB，所以該硬盤(pán)的總盤(pán)塊數(shù)為：540MB/1KB=540K（個(gè)）又因512K<540K<1024K，故540K個(gè)盤(pán)塊需要用20位二進(jìn)制表示，即文件分配表的每個(gè)表目為2.5B。FAT需要占用的存儲(chǔ)空間總數(shù)為：2.5B*540K=1350KB。當(dāng)硬盤(pán)大小為1.2GB時(shí)，硬盤(pán)共有盤(pán)塊數(shù)：1.2GB/1KB=1.2M個(gè)。需要用21位二進(jìn)制表示。為了方便對(duì)文件分配表的存取，每個(gè)表目用24位二進(jìn)制表示，即文件分配表的每個(gè)表目大小為3B。所以，F(xiàn)AT需要占用的存儲(chǔ)空間總數(shù)為：3B*1.2M=3.6MB。

第5章文件管理返回5.5文件共享與安全5.5.1文件共享1．基本概念

文件共享是指一個(gè)文件可以被多個(gè)授權(quán)的用戶(hù)共同使用。文件的共享不僅可以減少文件復(fù)制操作所花費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，還能讓不同用戶(hù)完成各自的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)間的合作。但是，文件的共享是有條件的，是要加以控制的。文件的共享必須解決兩個(gè)問(wèn)題：一是如何實(shí)現(xiàn)共享，二是如何對(duì)各類(lèi)共享文件的用戶(hù)進(jìn)行存取控制。文件的共享分兩種情況：第一種情況是任何時(shí)刻只允許一個(gè)用戶(hù)使用共享文件。另一種情況是允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用同一個(gè)共享文件。

第5章文件管理5.5文件共享與安全5.5.1文件共享2．實(shí)現(xiàn)文件共享的方法（1）繞彎路法。允許每個(gè)用戶(hù)獲得一個(gè)“當(dāng)前目錄”，用戶(hù)訪問(wèn)的所有文件都是相對(duì)于當(dāng)前目錄的；當(dāng)所訪問(wèn)的文件不在其當(dāng)前目錄下時(shí)，可以通過(guò)“向上走”的方式去訪問(wèn)其上級(jí)目錄。這種文件共享方式是低效的，因?yàn)?，為了訪問(wèn)一個(gè)不在當(dāng)前目錄下的共享文件時(shí)，通常需要花費(fèi)很多時(shí)間去訪問(wèn)多級(jí)目錄，也就是說(shuō)要繞很大的彎路。

第5章文件管理5.5文件共享與安全5.5.1文件共享2．實(shí)現(xiàn)文件共享的方法（2）基本目錄法。早期實(shí)現(xiàn)文件共享的另一種有效方法，就是在文件系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)基本目錄，每個(gè)文件在該目錄中均占有一個(gè)目錄項(xiàng)，用于給出對(duì)應(yīng)于該文件名的惟一標(biāo)識(shí)符，以及該文件的有關(guān)說(shuō)明信息。例如，文件的物理地址、存取控制和管理等信息。此外，每個(gè)用戶(hù)都有一個(gè)符號(hào)文件目錄，其中每一個(gè)目錄項(xiàng)中都含有該文件的符號(hào)名及其惟一的標(biāo)識(shí)符。

第5章文件管理5.5文件共享與安全5.5.1文件共享2．實(shí)現(xiàn)文件共享的方法（3）連訪法。為了提高對(duì)共享文件的訪問(wèn)速度，可以在相應(yīng)的目錄項(xiàng)之間進(jìn)行鏈接。具體方法是使一個(gè)目錄中的目錄項(xiàng)直接指向另一個(gè)目錄中的目錄項(xiàng)，在采用連訪方法實(shí)現(xiàn)文件共享時(shí)，應(yīng)在文件說(shuō)明中增加一連訪屬性，以指示文件說(shuō)明中的物理地址是一個(gè)指向文件或共享文件的目錄項(xiàng)的指針，同時(shí)也應(yīng)包括可以共享該文件的“用戶(hù)計(jì)數(shù)”，用來(lái)表示共有多少用戶(hù)需要使用此文件。當(dāng)沒(méi)有任何用戶(hù)需要此文件時(shí)，可以將此共享文件撤消。

第5章文件管理5.5文件共享與安全5.5.2文件安全

文件安全是指避免合法用戶(hù)有意或無(wú)意的錯(cuò)誤操作破壞文件，或非法用戶(hù)訪問(wèn)文件。

影響文件安全性的主要因素有：（1）人為因素。（2）系統(tǒng)因素。（3）自然因素。為了確保文件系統(tǒng)的安全性，可以采取以下措施：（1）通過(guò)存取控制機(jī)制來(lái)防止由人為因素引起的文件不安全性。（2）通過(guò)系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)來(lái)防止系統(tǒng)部分的故障所造成的文件不安全性。（3）通過(guò)“后備系統(tǒng)”來(lái)防止由自然因素所造成的不安全性。第5章文件管理5.5文件共享與安全