操作系统04-文件管理

操作系统

第四章: 文件管理

文件和文件系统

• 文件、记录和数据项

  • 数据项

• 基本数据项

  • 原子数据
    - 数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位
    - 描述对象某种属性的字符集

• 组合数据项

  • 由若干基本数据项组成

• 记录

  • 一组相关数据项的集合

  • 描述一个对象在某方面的属性

  • 对象

• 文件

  • 有结构文件

  • 无结构文件

    • 一个对象集

    • 属性

      • 文件类型

    • 文件长度

      • 文件的物理位置
      • 文件的建立时间

• 文件类型和文件系统模型

  • 类型

    • 按用途分类
    • 按文件中数据的形式分类
    • 存取控制属性

    

  • 文件系统模型

    • 对象及其属性

      • 文件
      • 目录
      • 磁盘存储空间

    • 对对象操纵和管理的软件集合

      • 对文件存储空间的管理
      • 对文件目录的管理
      • 用于将文件的逻辑地址转换为物理地址的机制
      • 对文件的读和写的管理
      • 文件的共享与保护

    • 文件系统的接口

      • 命令接口
      • 程序接口

• 文件操作

  • 创建文件
  • 删除文件
  • 读文件
  • 写文件
  • 截断文件
  • 设置文件的读／写位置

文件的逻辑结构

• 文件逻辑结构的类型

  • 有结构文件

    • 顺序文件

      • 文件中的记录一个接一个地顺序排列

      • 记录是可以定长或变长的

      • 结构

        • 串结构

          • 记录之间的顺序与关键字无关

        • 顺序结构

          • 文件中的所有记录按关键字顺序排列

    • 索引文件

      • 变长记录文件只能顺序查找
      • 索引表

    • 索引顺序文件

      • 索引顺序文件将顺序文件中的所有记录分为若干个组
      • 在索引表中为每组中的第一个记录建立一个索引项

    • 直接文件或散列文件

      • 给定记录的键值或通过Hash函数转换的键值直接决定记录的物理地址
      • 这种映射结构不同于顺序文件或索引文件，没有顺序的特性

  • 无结构文件

    • 无结构文件将数据按顺序组织成记录并积累保存，它是有序相关信息项的集合，以字节(Byte)为单位
    • 只能以穷举搜索的方式
    • 管理简单

外存分配方式

• 连续分配

  • 优点

    • 顺序访问容易
    • 顺序访问速度快

  • 缺点

    • 连续的存储空间
    • 事先知道文件的长度

• 链接分配

  

  • 隐式链接

    • 一个串联文件结构是按顺序由串联的块组成
    • 文件的信息存储在若干个块之中
    • 最后一个块为链接字，指出后续地址
    • 链首指针存放在文件目录之中

    

  • 显式链接

    • 是指把用于链接文件各物理块的指针，显示地存放在内存的一张连接表中。该表在整个磁盘就一张。此表就是文件分配表(FAT)

• 索引分配

  • 单级索引

  • 多级索引

  • 混合索引

    • 索引结点中可设置10个直接地址项
    • 文件较小的时候可以直接从索引结点中读出该文件的全部盘块号
    • 对于较大的文件，将直接地址项变为间接地址
    • 多次间接地址（开始增加地址项来提供间接地址）

目录管理

• 文件控制块和索引结点

• 目录结构

  • 单级目录结构

  • 两级目录结构

  • 多级目录结构

    • 目录结构

    • 路径名

    • 当前目录

    • 增加和删除目录

      • 目录文件不为空时，不可删除
      • 或删除目录文件中所有其他文件

• 目录查询技术

  • 线性检索法
  • Hash方法

文件存储空间的管理

• 空闲表法

  • 存储空间的分配与回收
  • 和动态分配类似

• 空闲链表法

  • 空闲盘块链
  • 空闲盘区链

• 位示图法

  • 位示图
    ◆位示图维护成本很低
    ◆位示图可以非常容易找到空闲盘块
    ◆位示图使用0/1比特位，占用空间很小

  • 盘块的分配

    • 令值变成1

  • 盘块的回收

    • 令值变成0

• 成组链接法

  • 空闲盘块的组织

  • 以栈的形式体现

  • 空闲盘块的分配与回收

    • 执行空闲盘块数加1操作
    • 执行空闲盘块数减1操作

文件共享与文件保护

• 利用符号链实现文件共享

• 磁盘容错技术

  • 第一级容错技术SFT-Ⅰ

    • 双份目录和双份文件分配表 : 备份一份文件目录和文件分配表

    • 热修复重定向和写后读校验

  • 第二级容错技术SFT-Ⅱ

    • 磁盘镜像
    • 磁盘双工

• 数据一致性控制

  • 事务

    • 定义
    • 记录
    • 恢复

  • 检查点

  • 并发控制

  • 重复数据的数据一致性问题