課件第九章文件系統(tǒng)

穿孔卡 讀卡紙 --- 紙帶輸入磁 沒有文件系統(tǒng)，只能直接用設(shè) 方 磁盤獲取符流，再組織成記數(shù)據(jù)，需要指明實(shí)際的磁盤地址（盤面，磁道、扇及其內(nèi)的相對(duì)位置），易發(fā)生多用戶數(shù)據(jù)共享時(shí)產(chǎn)生 錯(cuò)誤更加頻繁為什么引入文件和文件系為了對(duì) 器“空分”(不同的空間存放了不的邏輯信息）管理和對(duì)其上文件的按 而引文件系4域（或字段記文數(shù)據(jù) 磁盤、磁帶上的文件用相同的方 磁盤 用相同的方式 ；（把設(shè)備當(dāng)作文件 系統(tǒng)文用戶文庫文只讀文讀寫文執(zhí)行文

輸入文輸出文輸入輸出文文普通文特殊文件（設(shè)備 名之間，用圓點(diǎn)隔開。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 表、文件控制塊 分配表管理軟文 的接口操從系統(tǒng)角度：負(fù)責(zé) 空間進(jìn)行組織分配 文件進(jìn)行文件權(quán)限保護(hù)和文件檢從用戶角度：按名1、如何有效分 器 2、如何實(shí)現(xiàn)有效地組織數(shù)據(jù)34、如何提供文 文件系統(tǒng)通常向用戶 (1)命令接口。這是指作為用戶與文件系統(tǒng)交互的接口。用戶可通過鍵盤終端鍵入命令，取得文件系統(tǒng)的(2)程序接口。這是指作為用戶程序與文件系統(tǒng)的接口。用戶程序可通過系統(tǒng)調(diào)用來取得文件系統(tǒng)的服務(wù)。fat32：Windosext3（extendedfilesystem）：linux采用的文件nfsiso9660：CD-ROM的標(biāo)準(zhǔn)文件系ReiserFS：性能很好的日志文件系虛擬文件系統(tǒng)（VirtualFileSystem簡稱VFS），是了內(nèi)核中的一個(gè)抽象功能，不但依VFS共存，而且也依靠VFS協(xié)同工作。12、越來越穩(wěn)定日志文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想： 變化內(nèi)容記錄入日志。Linuxex2先寫入文件的內(nèi)容，然后等到有空的時(shí)候才寫入文件的meta-data。若整個(gè)寫操作由于某種原因(如系統(tǒng)掉電)而中斷，會(huì)丟失數(shù)據(jù)，二日志系統(tǒng)在系統(tǒng)重啟時(shí)，會(huì)根據(jù)日志記錄來恢復(fù)中斷前的寫操作。就像關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（RDBMS），日志文件系統(tǒng)可以用事務(wù)處理的方式，提交或撤消文件系統(tǒng)的變化。ReiserFS比xfs要快得多，也安全，所以很快被很多人使用。x內(nèi)核pre4版本開始包含ReiserFS文件系統(tǒng)。在將文件從磁盤到內(nèi)存時(shí)對(duì)文件，因此文件數(shù)它的優(yōu)點(diǎn)是只需數(shù)據(jù)一次。盡管文件數(shù)據(jù)已經(jīng)以明文格式保存在內(nèi)存中，但是當(dāng)另一個(gè)用戶需要該文件時(shí)，在授予其該數(shù)據(jù)之前會(huì)驗(yàn)證其安全憑據(jù)。如果用戶無資格該文件，則會(huì)。雖然：通過物 的概率要遠(yuǎn)小于通過系 進(jìn)行邏 的概率，但06年中旬 老兵事 筆記本電 ，其中存放有1975年以來2650萬退役士兵資料。06年底，波音公司一筆記本電 ，其中存放有近40萬在職/退休員工的資料。。。沒有密鑰，看到的數(shù)UbuntuLinux利用dm- 個(gè)數(shù)據(jù)中心。其國有19個(gè)、歐洲12個(gè)、俄羅 的首個(gè)“數(shù)據(jù)中心”是在 的宿舍樓。大 都是向DellHP、IBM和SUN廠商直接服務(wù)器。 服務(wù)器需要一大筆費(fèi)用，如果的服務(wù)器均從其他公 ，估 無法有今天。時(shí)至今日，的所有服務(wù)器均為自己一手打造。 務(wù)器比其他廠商的服務(wù)器能容的 文件系統(tǒng)（GFS）；（GFS負(fù)責(zé)服務(wù)器數(shù)據(jù)儲(chǔ)存工作） 大表；Bigtable：是 一種對(duì)于半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分布 的接口或服務(wù)）；由 3、Mapreduce算法；它是 開發(fā)的C++編程工具，用于大于1TB數(shù)據(jù)的大規(guī)模數(shù)據(jù)集并行運(yùn)算。 中出現(xiàn)的次數(shù)；一系列網(wǎng) MapReduce的可靠度一度遭到嚴(yán)厲的試煉，但在一次2004年的簡報(bào)中，一個(gè)1,800臺(tái)叢集的系統(tǒng)，承受了1,600臺(tái)服務(wù)器同時(shí)故障。 GFS主要分為兩類節(jié)點(diǎn)：其一是Master節(jié)點(diǎn)，其主要 與數(shù)據(jù)文件相關(guān)的元數(shù)據(jù)，而不是Chunk（數(shù)據(jù)塊）。元數(shù)據(jù)包括一個(gè)能將64位 映射到數(shù)據(jù)塊的位置及其組成文件的表格，數(shù)據(jù)塊副本位置和哪個(gè)進(jìn)程正在讀寫特定的數(shù)據(jù)塊等。還有Master節(jié)點(diǎn)會(huì)周期性地接收從每個(gè)Chunk節(jié)點(diǎn)來的更新（“Heart-beat”）來讓元數(shù)據(jù)保 狀；其二是Chunk節(jié)點(diǎn)，它主要用于 數(shù)據(jù)。在每個(gè)Chunk節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)文件會(huì)以每個(gè)默認(rèn)大小為64MBChunk的方式 ，而且每個(gè)Chunk有唯一一個(gè)64位，并且每個(gè)Chunk都會(huì)在整個(gè)分布式系統(tǒng)被多次，默認(rèn)次數(shù)為3。 11源程序、可執(zhí)行文件、UNIX2順序文件、索引文件、索 順序文邏輯記錄的排序第一種是串結(jié)構(gòu)，各記錄之間的順序與關(guān)鍵字無關(guān)。此類推(對(duì)順序文件(SequentialFileR R ……LL

…01＋2… － ＝ …… ＝……(a)定長記錄文 定長和變長記錄文順序文件的優(yōu)缺點(diǎn)順序文件的最佳應(yīng)用場合，是在對(duì)諸記錄進(jìn)行批量存取時(shí)，即每次要讀或?qū)懸淮笈涗?。此時(shí)，對(duì)順序文件的存取效率是所有邏輯文件中最高的；此外，也只有順序文件才能 在磁帶，并能有效工作。記錄，為此系統(tǒng)便要去逐個(gè)地查找諸記錄。這時(shí)，順序文件所表現(xiàn)出來的性能就可能很差，尤其是當(dāng)文件較大時(shí)，情況更為嚴(yán)重。例如，有一個(gè)含有104個(gè)記錄的順序文件，如果對(duì)它采用順序查找法去查找一個(gè)指定的記錄，則平均需要查找5×103個(gè)記錄；如果是可變長記錄的順序文件，則為查找一個(gè)索引文對(duì)于定長記錄文件，如果要查找第i個(gè)記錄，可直接根據(jù)下式計(jì)算來獲得第i個(gè)記錄相對(duì)于第一個(gè)記錄首址的地然而，對(duì)于可變長度記錄的文件，要查找其第i個(gè)記錄時(shí)，須首先計(jì)算出該記錄的首地址。為此，須順序地查指明該記錄的長

AiLi…………i1i10指針長度索引號(hào)…將順序文件所有記錄分組50表，每組的第一個(gè)記錄建立索引項(xiàng)。鍵邏輯地址鍵邏輯地址AnBaoChen姓名其它屬性AnAnBao…邏輯文件效率分含有n少個(gè)記錄？索引順序文件中，若n個(gè)記錄分為??個(gè)組，索引表中有??個(gè)表項(xiàng)，每組由??個(gè)記錄。查找關(guān)鍵字記錄平均需要多少個(gè)記直接文件和哈希對(duì)于直接文件，則可根據(jù)給定的記錄鍵值，直接獲得指值轉(zhuǎn)換(Keytoaddresstransformation)。組織直接文件的關(guān)鍵，在于用什么方法進(jìn)行從記錄值到物理地址的轉(zhuǎn)換。哈希(Hash)文 Hash函數(shù)f鍵Hash文件的邏輯結(jié)文件的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件在器上的安排。文件結(jié)構(gòu)表示了一個(gè)文件在輔存上的安置、和編目連續(xù)文件：把邏輯上連續(xù)的文件信息存放到介質(zhì)或者順序文件。通常，記錄位讀寫時(shí)，不必移動(dòng)磁頭。和邏

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7 序文件保持應(yīng)

為什么？)；不結(jié)論：空間利用率不高，類似于管理中的分區(qū)管理方式，適用于變化不大的順序的文件，在流行的UNIX系統(tǒng)中仍保留了連續(xù)文件結(jié)構(gòu)。連續(xù)存放。

隱式串

8

-

顯式串 FAT采取這種結(jié)內(nèi)存中012345內(nèi)存中01234505142 69501234567894文件創(chuàng)建時(shí)用戶不 文件的大小文件動(dòng)態(tài)擴(kuò)充和修改容順序存取效率高，隨機(jī)存取效率太低，如 文件的后的內(nèi)容，實(shí)際上是 整個(gè)文件需要建立文件映照結(jié)構(gòu)，增加 號(hào)與邏輯塊號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如何確立？直接地址結(jié)構(gòu)（直接所有文件中每個(gè)記錄的存放地址計(jì)算尋址結(jié)構(gòu)（記錄地址＝hash（記錄關(guān)鍵字索引結(jié)構(gòu)（提供索引文 邏輯記錄 地址LINUX系統(tǒng)。?！嗉?jí)索引分………主索

第二級(jí)索 磁盤空

12 連續(xù)文件的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的空間件創(chuàng)建時(shí)要求用戶提供文件的大??；空間浪費(fèi)較 問，是一種比較好的文件物理結(jié)構(gòu)，但要有用于索引表的空間開銷和文件索引的時(shí)間開銷。 什么是文件？文件即文件名址錄，它是一張記錄所有文件的名字及其存放地址的表。表中還應(yīng)包括關(guān)于文 (1)(2)提高 (3)(4)文件文文件文件在磁盤中的起始地址記錄長記錄個(gè)文件主及存取權(quán)限其他用戶的存取權(quán)限文件建立的日期和時(shí)間上次的日期和時(shí)(2(3把系統(tǒng)中各個(gè)文件的文件控制塊匯集在一起，就形系統(tǒng)的文 ，每個(gè)文件控制塊就是一 項(xiàng)搜時(shí)“件樣息只有在找到個(gè) 與相，為了加快對(duì)文 的搜索過程，為了提高對(duì)文件速度，現(xiàn)代操作系統(tǒng)就常采用把FCB中的文件名與其文件索引結(jié)點(diǎn)號(hào)文文件索引結(jié)點(diǎn)號(hào)文件名文件名把FCB據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為該文件的“索引節(jié)點(diǎn)”，簡稱“i-節(jié)點(diǎn)把系統(tǒng)中所有文件的索引節(jié)點(diǎn)集中存放在磁盤的i里，形成“ii-i-順序，被稱為“i由文件的文件名和相應(yīng)的i-節(jié)點(diǎn)指針組成該文件在文件錄中 項(xiàng)磁盤索引結(jié)點(diǎn)內(nèi)文件主標(biāo)文件存取權(quán)文件物理地文件連接計(jì)文件存取時(shí)索引結(jié)點(diǎn)編號(hào)。用于標(biāo)識(shí)內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)。狀態(tài)。指示i計(jì)數(shù)。每當(dāng)有一進(jìn)程要 此i結(jié)點(diǎn)時(shí)，將該 文件所屬文件系統(tǒng)的邏輯設(shè)備號(hào)指針。設(shè)置有分別指向空閑鏈表和散列隊(duì)列的指針。設(shè)文件索引節(jié)點(diǎn)有7個(gè)地址項(xiàng)，4個(gè)地址項(xiàng)為2個(gè)為一級(jí)間接索引，14個(gè)字節(jié)，若磁盤索引塊和磁盤數(shù)據(jù)塊大小均為256節(jié)，則可表示的單個(gè)文件的最大長度為 一 結(jié)是最簡單形式 結(jié)構(gòu)，它使用一 來包含系統(tǒng)中所有文件。這 有時(shí)稱為“ ”搜索時(shí)間過文件不能重一 ZONG的文 LING的文 在二級(jí)結(jié)構(gòu)下，每個(gè)用戶擁有自己的，縮 )：用

（即在子里還能創(chuàng)建更下一層的子），A為管理文件提供了有力A

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用戶C 用戶C的子 由 相對(duì)路徑名用戶指定一 net和

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123位示圖 中的序第一空閑盤空閑盤塊124293354——空間的分配與回空閑文件項(xiàng)，直至找到第一個(gè)其大小能滿足要求的空閑區(qū)，再將該要考慮回收區(qū)是否與空閑表中插入點(diǎn)的前區(qū)和后相鄰接，對(duì)相所謂空閑塊鏈，即磁盤的每個(gè)空閑塊設(shè)置一個(gè)指針，指向另一個(gè)磁盤空閑塊，所有的空閑塊形成一個(gè)鏈表，即磁盤的“空閑塊鏈”。系統(tǒng)為此要增一個(gè)空閑塊鏈?zhǔn)字羔?，鏈表最后一個(gè)空閑塊中的指針應(yīng)表明為結(jié)束，比如記為“?1”。若申請(qǐng)塊，就根據(jù)鏈?zhǔn)字羔槒逆準(zhǔn)滓粔K一塊地摘下分配；若釋放塊，就把釋放的塊從鏈?zhǔn)撞迦搿Ｌ攸c(diǎn)是簡單，只需要保存指向第一個(gè)空閑塊的指針，但效率低。由于磁盤的扇區(qū)大小相同，個(gè)數(shù)固定，因此可用位示管理磁盤的