《計算機(jī)操作系統(tǒng) 》課件-6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

文件的邏輯結(jié)構(gòu)：面向用戶的文件組織結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方式

文件的物理結(jié)構(gòu)：文件在存儲介質(zhì)上的組織方式

文件的存取6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

研究邏輯結(jié)構(gòu)的目的為用戶提供一種邏輯結(jié)構(gòu)清晰、使用簡便的邏輯文件形式。用戶按文件的邏輯結(jié)構(gòu)形式去存儲、檢索和加工文件中的信息。

研究物理結(jié)構(gòu)的目的選擇工作性能良好、設(shè)備利用率高的物理文件形式。系統(tǒng)按照文件的物理結(jié)構(gòu)形式和外部設(shè)備打交道，控制信息的傳輸。

6.2.1文件的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計原則操作手段簡單易用提高文件信息的檢索速度方便文件內(nèi)容的修改數(shù)據(jù)空間緊湊降低文件的存儲費(fèi)用系統(tǒng)靈活性6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.1文件的邏輯結(jié)構(gòu)2.分類有結(jié)構(gòu)文件：指整個文件由若干條記錄構(gòu)成，也稱記錄式文件數(shù)據(jù)組織形式分成數(shù)據(jù)項、記錄和文件三級定長記錄文件與變長記錄文件大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫，是采用有結(jié)構(gòu)文件的形式。無結(jié)構(gòu)文件：由一組相關(guān)信息組成的有序字符流，也稱流式文件文件長度按字節(jié)計算。對流式文件的訪問，是用讀寫指針指出下一個要訪問的字符。-UNIX、DOS、WINDOWS系統(tǒng)中的文件都是流式文件。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.1文件的邏輯結(jié)構(gòu)3.有結(jié)構(gòu)文件分類順序文件索引文件索引順序文件直接文件和散列文件6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

（1）順序文件

記錄的排序串結(jié)構(gòu)，各記錄之間的順序與關(guān)鍵字無關(guān)。通常的辦法是由時間來決定，即按存入時間的先后排列，最先存入的記錄作為第一個記錄，其次存入的為第二個記錄，……

依此類推。順序結(jié)構(gòu)，指文件中的所有記錄按關(guān)鍵字(詞)排列?？梢园搓P(guān)鍵詞的長短從小到大排序，也可以從大到小排序；或按其英文字母順序排序。對順序文件的讀/寫操作

順序文件的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：順序文件的最佳應(yīng)用場合，是在對諸記錄進(jìn)行批量存取時，即每次要讀或?qū)懸淮笈涗?。此時，對順序文件的存取效率是所有邏輯文件中最高的。

缺點(diǎn)：查找、增加或者刪除記錄都比較困難。Ai=i×L（2）索引文件（3）索引順序文件（4）

直接文件和哈希文件

直接文件

根據(jù)給定的記錄鍵值，直接獲得指定記錄的物理地址。換言之，記錄鍵值本身就決定了記錄的物理地址。這種由記錄鍵值到記錄物理地址的轉(zhuǎn)換被稱為鍵值轉(zhuǎn)換。直接文件的組織關(guān)鍵是用什么方法進(jìn)行從記錄值到物理地址的轉(zhuǎn)換。

散列（Hash）文件：典型和最為廣泛的直接文件

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu)又稱為文件的存儲結(jié)構(gòu)，是指文件在外存上的存儲組織形式，它與存儲介質(zhì)的物理特性、文件的存取方法以及所采用的存儲空間的分配方式都有關(guān)。物理塊（又稱為磁盤塊或者簇）：磁盤上一組連續(xù)扇區(qū)，大小一般是2n（n為整數(shù)）個扇區(qū)，它是文件分配和傳輸信息的基本單位。分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配常用文件物理結(jié)構(gòu)

連續(xù)文件鏈接文件索引文件6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)1.連續(xù)文件連續(xù)文件又稱為順序文件，它是把邏輯文件中的信息順序地存放到一組相鄰接的磁盤塊中而形成的物理文件。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取主要優(yōu)點(diǎn)：順序訪問速度快可隨機(jī)存取主要缺點(diǎn)：磁盤空間會產(chǎn)生碎片文件修改困難

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)1.連續(xù)文件6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取文件名起始塊塊數(shù)count12tr144mail196list284f62

文件目錄文件名物理地址1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcounttrf

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)2.鏈接文件一個邏輯上連續(xù)的文件分散存放在多個不連續(xù)的磁盤塊中，再使用鏈接指針將這多個離散的磁盤塊鏈接起來，這樣形成的物理文件稱為鏈接文件（1）隱式鏈接6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取主要缺點(diǎn)：文件只能順序存取文件容易丟失

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)2.鏈接文件（2）顯式鏈接

所有鏈接指針統(tǒng)一存放在一張顯示的鏈接表(FAT，F(xiàn)ileAllocationTable，稱為文件分配表)中。一個邏輯磁盤設(shè)置一張表，以物理盤塊號為序，表項內(nèi)容為指向某文件的下一盤塊的指針。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取主要優(yōu)點(diǎn)：檢索速度快支持隨機(jī)存取主要缺點(diǎn)：FAT表占內(nèi)存空間FAT表較大時，隨機(jī)存取效率降低MS-DOS的文件物理結(jié)構(gòu)6EOF11105EOF0123456789FATFCBA4FCBB91011AB物理塊號MS-DOS、Windows、OS/2等操作系統(tǒng)都使用了FAT文件系統(tǒng)。FAT12、FAT16、FAT32中的數(shù)字表示FAT表項長度。

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)2.鏈接文件6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取FAT表大小的計算方法：例：一個磁盤分區(qū)大小為20GB，若盤塊大小為1KB，計算該磁盤分區(qū)的FAT表大小。答：盤塊數(shù)=20GB/1KB=20MB，則盤塊號大小為3.5B，

FAT表大小=20MB×3.5B=70MB注意：每個磁盤塊號大小取半個字節(jié)的整數(shù)倍。鏈接文件性能評價：存儲空間利用率高文件創(chuàng)建時用戶不必指出文件的大小文件動態(tài)擴(kuò)充和修改容易

順序存取效率高，隨機(jī)存取效率較低

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)3.索引文件索引表：系統(tǒng)為每個文件建立一張索引表，每個邏輯塊占一個表項，以邏輯塊號為序，表項內(nèi)容為該邏輯塊所對應(yīng)的磁盤塊號。索引塊：存放索引表的盤塊。

索引文件：由數(shù)據(jù)文件和索引表構(gòu)成。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)3.索引文件（1）單級索引：如File_A存放在10＃，17＃，2＃，11＃盤塊中，其索引塊為20＃盤塊，6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)3.索引文件（2）多級索引：對于大文件，其索引表本身可能會占多個磁盤塊，這種情況下，可以將索引表離散存放在多個索引塊中，再為這些索引塊建立一級索引，這樣就形成了兩級索引文件。如果文件非常大時，還可使用三級、四級索引文件。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)3.索引文件（3）混合索引：將多種索引分配方式相結(jié)合形成的一種文件。Unix和Linux采用的是混合索引文件，在其文件的物理地址字段中，既有直接地址，又有一級索引、二級索引和三級索引。例如：UNIXsystemV：索引節(jié)點(diǎn)（i節(jié)點(diǎn)）中的物理地址字段iaddr(13):iaddr(0)～iaddr(9):直接地址；iaddr(10)：一級索引；iaddr(11):二級索引；iaddr(12):三級索引。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.2文件的物理結(jié)構(gòu)3.索引文件（2）混合索引最大文件計算：假設(shè)每個磁盤塊大小為4KB，每個磁盤塊號需要大小為4B，則一個索引塊中可以存放4KB/4B=1K個磁盤塊號，那么UNIXsystemV文件系統(tǒng)中采用三級索引允許的最大文件長度為4TB（三級索引）+4GB（二級索引）+4MB（一級索引）+40KB（直接地址）。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取

6.2.3文件存取文件的存儲結(jié)構(gòu)不僅與存儲介質(zhì)的物理特性有關(guān)，還與文件的存取方法等因素有關(guān)。根據(jù)對文件記錄的存取順序，存取方法可分為順序存取和隨機(jī)存取兩種。

順序存取是指按文件中的記錄順序依次進(jìn)行讀/寫操作的存取方法。

隨機(jī)存取是指按任意的次序隨機(jī)讀/寫文件中的記錄。6.2文件的結(jié)構(gòu)和存取文件物理結(jié)構(gòu)的比較連續(xù)文件的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的空間開銷，只要在文件目錄中指出文件的大小和首塊的塊號即可，對順序的訪問效率很高。適