操作系統(tǒng)原理與實踐教程(第四版)習題及答案 第7章

第6章文件管理什么是文件，它包含哪些內(nèi)容及特點？答：文件是計算機系統(tǒng)中信息存放的一種組織形式，是在邏輯上具有完整意義的信息集合，并且有一個名字以供標識。文件包含的內(nèi)容有：源程序、二進制代碼、文本文件、數(shù)據(jù)、表格、聲音和圖像等。文件的特點如下：文件具有保存性。它被存儲在某種存儲介質(zhì)上，長期保存和多次使用。文件是按名存取的。每個文件具有唯一的標識名，通過標識名(文件名)來存取文件中的信息，而不需了解文件在存儲介質(zhì)上的具體物理位置。文件的內(nèi)容是一組信息的集合。信息可以是源程序、二進制代碼、文本文件、數(shù)據(jù)、表格、聲音和圖像等。2.文件系統(tǒng)要解決哪些問題？答：文件系統(tǒng)的主要目標是提高存儲空間的利用率，它要解決的主要問題有：完成文件存儲空間的管理，實現(xiàn)文件名到物理地址的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)文件和目錄的操作，提供文件共享能力和安全措施，提供友好的用戶接口。文件系統(tǒng)向用戶提供了有關(guān)文件和目錄操作的各種功能接口和系統(tǒng)調(diào)用，如命令接口、程序接口和交互接口等。3.什么是邏輯文件？什么是物理文件？答：邏輯文件時從用戶觀點出發(fā)所觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)。物理文件是指文件在外存上的存儲組織形式。它與存儲介質(zhì)的存儲性能有關(guān)。文件的物理組織方式有哪些，各有什么優(yōu)缺點？答：文件的物理組織方式有連續(xù)文件結(jié)構(gòu)、鏈接文件結(jié)構(gòu)和隨機文件結(jié)構(gòu)。連續(xù)文件結(jié)構(gòu)是由一組分配在磁盤連續(xù)區(qū)域的物理塊組成的。文件中的每一個記錄有一個序號，序號為i+1的記錄，其物理位置一定緊跟在i號記錄之后。鏈接文件結(jié)構(gòu)是按順序由串聯(lián)的塊組成的，即文件的信息按存儲介質(zhì)的物理特性存于若干塊中，一塊中可包含一個邏輯記錄或多個邏輯記錄，或者一個邏輯記錄占有多個物理塊。每個物理塊的最末一個字(或第一個字)作為鏈接字，它指向后繼塊的物理地址。文件的最后一塊的鏈接字為結(jié)束標記(例如“”)，它表示文件至本塊結(jié)束。隨機文件結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)非連續(xù)分配的另一種方式。在隨機文件結(jié)構(gòu)中，文件的數(shù)據(jù)記錄存放在直接存取型存儲設(shè)備上，數(shù)據(jù)記錄的關(guān)鍵字和其地址之間建立某種對應(yīng)關(guān)系，并利用這種關(guān)系進行存取。通常有三種形式的隨機文件結(jié)構(gòu)：直接地址結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)和散列結(jié)構(gòu)。連續(xù)文件的優(yōu)點是不需要額外的空間開銷，只要在目錄中指出起始塊號和文件長度，就可以對文件進行訪問，且一次可以讀出整個文件。對于固定不變且要長期使用的文件(比如系統(tǒng)文件)，這是一種較為節(jié)省的方法。其缺點是：不能動態(tài)增長。因為在它后面如果已經(jīng)記錄了別的文件，則這一文件增長就可能破壞后邊的文件。如果后移下一個文件，則系統(tǒng)開銷太大，甚至不可能。一開始就提出文件長度要求，而要用戶預(yù)先知道文件長度不是太容易。一次要求比較大的連續(xù)存儲空間，不一定好找。因為，如果外存上只有許多小的自由空間，雖然其總?cè)萘看笥谖募囊?，但由于不連續(xù)，因而這些空間可能被浪費。鏈接文件可以克服連續(xù)文件的上述缺點，然而它也存在如下缺點：由于在處理文件的一部分時必須得順序訪問，因而訪問速度較慢，時間上比較浪費。對塊鏈接而言，每個塊中都要有鏈接字。所以，要占用一定的存儲空間。相比之下，隨機文件是一種比較好的結(jié)構(gòu)，便于直接存取。但問題是，對于索引文件應(yīng)考慮如何有效地存儲和訪問索引表，對于散列文件應(yīng)尋找一個較好的散列算法和確定解決沖突的辦法。5.什么是文件目錄，常用的文件目錄結(jié)構(gòu)有哪些，各有什么特點？答：文件目錄是文件控制塊的有序集合，是文件系統(tǒng)中最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過它可以將文件名轉(zhuǎn)換為文件在外存的物理位置。每一個文件控制塊在文件目錄中都有一個目錄項，其中登記著文件的名字、外存地址、文件長度、邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、訪問權(quán)限、文件建立和修改時間等。文件目錄通常是放在磁盤上的。它的組織形式有3種：單級目錄、二級目錄和多級目錄。其中用得最普遍的是多級目錄。單級目錄是最簡單的目錄結(jié)構(gòu)。在整個文件系統(tǒng)中只建立一張目錄表，每個文件占一個目錄項，目錄項中包含文件名、文件擴展名、文件類型、文件長度、文件物理地址以及其它文件屬性。為了克服單級目錄存在的缺點，改變單級目錄中文件的命名沖突，并提高對目錄文件的檢索速度，可以為每一個用戶建立一個單獨的用戶文件目錄UFD(UserFileDirectory)。這些文件目錄具有相似的結(jié)構(gòu)，它由用戶所有文件的文件控制塊組成。另為，系統(tǒng)再建立一個主文件目錄MFD(MasterFileDirectory)，在主文件目錄中，每個用戶目錄文件都占有一個目錄項，其目錄項中包括用戶名和指向該用戶目錄文件的指針。在大型文件系統(tǒng)中，通常采用三級或三級以上的目錄結(jié)構(gòu)，以提高對目錄的檢索速度和文件系統(tǒng)的性能。多極目錄結(jié)構(gòu)又稱為樹型目錄結(jié)構(gòu)。多級目錄結(jié)構(gòu)是一棵倒向的有根樹，樹根是根目錄；從根向下，每一個樹枝是一個子目錄，而樹葉則是文件。樹形目錄有許多優(yōu)點：它較好地反映了現(xiàn)實世界中具有層次關(guān)系的數(shù)據(jù)集合和較確切地反映系統(tǒng)內(nèi)部文件的分支結(jié)構(gòu)，不同的文件可以重名，只要它們不位于同一子目錄6.使用文件系統(tǒng)時，為什么要顯式地使用open和close命令來打開和關(guān)閉文件？答：顯式的open操作完成文件的打開功能。它將基本文件目錄中的內(nèi)容讀入用戶活動文件表中，并在系統(tǒng)活動文件表中記錄文件的打開次數(shù)。顯式的close操作完成文件的關(guān)閉操作。它撤銷用戶的活動文件表中相應(yīng)的表項，改變系統(tǒng)活動文件表中的文件打開次數(shù)信息。如果需要，還要將被改動過的文件目錄信息寫回基本文件目錄中?？梢匀∠@式的open與close操作。如果取消了open和close操作，系統(tǒng)在進行文件操作前需判斷文件是否已打開。若未打開，則應(yīng)自動完成文件的打開功能，以建立用戶與文件間的聯(lián)系。同時，在系統(tǒng)結(jié)束時還應(yīng)自動關(guān)閉所有的被打開文件，更新系統(tǒng)的基本文件目錄。取消顯式的open和close操作使得文件的讀寫操作變得復(fù)雜，因為，在每次讀寫前都需要判斷文件是否已被打開。此外，系統(tǒng)在結(jié)束時也要做一些額外的工作，以完成close應(yīng)該完成的操作。7.文件系統(tǒng)提供系統(tǒng)調(diào)用rename來實現(xiàn)文件重命名，同樣也可以通過把文件拷貝到新文件并刪除原文件來實現(xiàn)文件的重命名，這兩種方法有什么不同？答：使用rename文件重命名功能時，用戶必須提供兩個參數(shù)：舊文件名和新文件名。實現(xiàn)該功能時，系統(tǒng)使用舊文件名查找文件目錄，若找到舊文件名所對應(yīng)的目錄表項，則將目錄表項中文件名字段對應(yīng)的值改為新文件名值。從實現(xiàn)過程看，文件重命名功能完成的工作是修改目錄表項中的文件名字段，除文件名外，文件的其它特性都未改變。在后一種實現(xiàn)方法中，先進行文件復(fù)制并給復(fù)制文件起一個新名，此時系統(tǒng)完成了一次物理文件的復(fù)制工作，然后刪除舊文件。雖然這樣也能達到給文件重命名的目的，但其實現(xiàn)過程比前一種方式復(fù)雜，并且新文件與舊文件的物理存放地址肯定不同。Hash檢索法有何優(yōu)點？有何局限性？答：Hash方法是根據(jù)記錄的“主屬性值”進行Hash運算，用得出的值確定該記錄的存放位置。其優(yōu)點是：該方法實現(xiàn)起來比較簡單。檢索記錄的時間也比較短。由于設(shè)計的Hash函數(shù)很難達到理想的均勻分布，因此可能會出現(xiàn)較多有相同Hash的記錄值，這將造成存放位置的沖突，使檢索速度下降。采用單級目錄能否滿足對目錄管理的主要要求？為什么？答：單級目錄是最簡單的目錄結(jié)構(gòu)。在整個文件系統(tǒng)中只建立一張目錄表，每個文件占一個目錄項，目錄項中包含文件名、文件擴展名、文件類型、文件長度、文件物理地址以及其它文件屬性。單級目錄的優(yōu)點是簡單、易于實現(xiàn)，實現(xiàn)了目錄管理的基本功能——按名存取，但卻存在以下一些缺點：查找速度慢：當系統(tǒng)中存在大量文件或眾多用戶同時使用文件時，由于每個文件占用一個目錄項，單級目錄中就擁有數(shù)量可觀的目錄項。如果要從目錄中查找一個文件，就需要花費相當長的時間才能找到。對于一個具有N個目錄項的單級目錄，為檢索出一個目錄項，平均需要找N/2個目錄項。不允許重名：因為所有的文件都在同一目錄中，因此每個文件必須有不同的文件名，然而，重名問題在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中是難以避免的。另外，即使在單用戶環(huán)境下，隨著文件數(shù)量的增加，讓用戶記住所有的文件名也是不可能的。不便于文件的共享：通常每個用戶都有自己的名字空間和命名習慣，應(yīng)當允許不同用戶使用不同的文件名來訪問同一文件，然而，單級目錄卻要求所有用戶用同一個名字來訪問同一文件。所以，單級目錄不能滿足對目錄管理的主要要求。10.什么是文件的共享，實現(xiàn)文件共享的方式有哪些？答：文件共享是指不同的用戶可以使用同一文件。文件的共享可以節(jié)省大量的輔存空間和內(nèi)存空間，減少輸入/輸出操作，為用戶間的合作提供便利條件。從系統(tǒng)管理的角度來看，有3種方法可以實現(xiàn)文件的共享，即：繞道法、鏈接法和基本文件目錄表BFD。11.文件目錄和目錄文件各起什么作用？答：文件目錄又稱文件控制塊或文件說明信息，它記錄文件的名字、文件長度、文件存放在外存上的物理地址，以及文件建立時間、日期等信息。通常，文件系統(tǒng)中把若干相互關(guān)聯(lián)文件的目錄組成一個獨立的文件，這個由文件目錄組成的文件稱為目錄文件。某操作系統(tǒng)的磁盤文件空間共有500塊，若用字長為32位的位示圖管理磁盤空間，試問：①位示圖占用多少磁盤空間？②第i字第j位對應(yīng)的磁盤塊號是多少？答：①占用16個字的存儲空間。②32i+j。13.試說明對索引文件和索引順序文件的檢索方法。答：索引文件中，每一個主文件的記錄都要建立一條索引。這里，主文件的記錄可以是變長的，鍵值可以是無序的。索引表是定長的和有序的，適合采用折半檢索法進行檢索。索引順序文件中，主文件中的記錄分成若干組，每一組的第一條記錄建立一條索引項。整個索引文件是按鍵值排序的，系統(tǒng)可采用折半檢索法對文件進行快速檢索。檢索到記錄所在的外存塊后，讀出該塊，再進行順序查找和比較，最后找到所需要的記錄。14.目前廣泛采用的目錄結(jié)構(gòu)形式是哪一種？它有什么優(yōu)點？答：目前廣泛采用的目錄結(jié)構(gòu)形式是多級目錄結(jié)構(gòu)，也稱樹型目錄結(jié)構(gòu)。它可以實現(xiàn)文件管理的主要要求，其優(yōu)點是：檢索速度快文件可重名便于文件共享15.基本的文件訪問類型有哪些？什么是訪問控制表？答：一個文件系統(tǒng)可以定義多種不同的訪問類型，基本的訪問類型有：讀(R)：從文件中讀信息。寫(W):對文件內(nèi)容進行寫或重寫。執(zhí)行(E)：用戶可以將文件裝入內(nèi)存并執(zhí)行它。添加(A)：將信息添加到文件末尾。刪除(D)：刪除文件，釋放其占用的空間。不同的用戶可能對同一個文件或目錄需要不同類型的訪問。實現(xiàn)基于身份訪問的最普通的方法是為每個文件和目錄增加一個訪問控制表(accesscontrollist，ACL)，以給定每個用戶名及其所允許的訪問類型。當用戶請求訪問一個特定文件時，操作系統(tǒng)先檢查該文件的訪問控制表，如果用戶具有相應(yīng)的訪問權(quán)限，就允許其訪問，否則，就出現(xiàn)保護違約，拒絕用戶訪問。16.什么是索引文件？為什么要引入多級索引？答：索引文件中每條主文件的記錄都建立一個索引記錄，因而需要為主文件建立索引表。在對索引文件進行檢索時，首先根據(jù)用戶(程序)提供的關(guān)鍵字，并利用折半查找法去檢索索引表，從中找到對應(yīng)的表項，再利用該表項中給出的指向記錄的指針值，去訪問所需的記錄。在很多情況下，有的文件很大，文件索引表也就較大。如果索引表的大小超過一個物理塊，那么我們就必須像處理其它文件的存放那樣決定索引表的物理存放方式，但這不利于索引表的動態(tài)增加；索引表也可以按鏈接聯(lián)方式存放，但這卻增加了存放索引表的時間開銷。顯然，當文件太大，其索引塊太多時，這種方法是低效的。一種較好的解決辦法是采用多級索引，也就是在索引表所指的物理塊中存放的不是文件信息，而是裝有這些信息的物理塊地址。VFS主要由哪幾種類型的對象組成，描述它們之間的關(guān)系。答：VFS主要有四個對