操作系统之文件管理

Posted 2021-01-25 lls101

　　一　文件和文件系统

　　　　　

　　　　文件管理：把所管理的程序和数据组织成一系列的文件，并能进行合理的存储、使用等操作。　　　　

　　　　　1 基本概念　　　　　

　　　　　　数据项：描述对象某种属性的字符集；是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位。
　　　　　　记录：一组相关数据项集合，描述对象某方面的属性；
　　　　　　关键字：一个记录中的一个或几个数据项的集合，用于唯一的标识一个记录。
　　　　　　文件：由创建者定义的、具有文件名的一组相关元素的集合。
　　　　　　有结构：由相关记录组成
　　　　　　无结构：字符流的形式
　　　　　　属性：类型、长度、物理位置、创建时间

　　　　　２文件类型　　

　　　　　　按用途：系统、用户、库文件
　　　　　　按数据形式：源文件、目标文件、可执行文件
　　　　　　按存取控制属性：只执行、只读、读写
　　　　　　按组织和处理方式：普通文件、目录文件、特殊（设备）文件

　　　　　３.文件系统模型

　　　　　　

　　　　

　　　　　４　　文件操作

　　　

　　　　　最基本的操作
　　　　　　创建/删除文件：分空间，形成FCB及目录（名，地址）
　　　　　　读、写：按名检索目录，找到文件地址，开始读、写
　　　　　　置文件读写位置，实现随机存取（尤其适用于记录文件）

　　　　　还需要：“打开”与“关闭”：
　　　　　　文件读/写操作 = 检索 + 读/写。
　　　　　　每次读写前都要重复检索增大开销。所以为了方便对同一文件的多次读写，一次检索到文件后就在内存中记录其位置，避免重复检索。被记录下位置的文件就是“打开”文件；
不需要再操作文件时，通过“关闭”这个系统调用关闭文件——即从打开文件表上删除其路径信息即可。
　　　　　　其他操作：改名、改所属用户、改访问权限等属性的操作。

　　　　　　

　　二　文件的逻辑结构

　　　　１　文件逻辑结构类型：

　　　　　　

　　　　有结构文件（记录式）
　　　　　①定长记录
　　　　　②变长记录
　　　　如何组织记录：
　　　　　顺序文件。系统需按该类型记录“长度”，通常定长。
　　　　　索引文件。系统需为文件建立索引表。
　　　　　索引顺序文件。建索引表，记录每组记录的第一个记录位置。
　　　　无结构文件（字符流式）
　　　　　字节为单位，利用读写指针依次访问。
　　　　　系统对该类文件不需格式处理。

　　　２　顺序文件：

　　　　

　　　　　两种记录排列方式
　　　　　串结构：按记录形成的时间顺序串行排序。记录顺序与关键字无关；
　　　　　顺序结构：按关键字排序。
　　　　检索方法：
　　　　　　从头检索，顺序查找要找的记录，定长的计算相对快。
　　　　　　顺序结构，可用折半查找、插值查找、跳步查找等算法提高效率

　　　　　

　　　　　顺序文件的优缺点：
　　　　　　　不方便随机存取某条记录，但适用批量存取的场合。
　　　　　　　适合磁带等特殊介质。
　　　　　　　单记录的查找、修改等交互性差；增减不方便（改进办法：把增删改的记录登记在一个事务文件中，在某段时间间隔后再与原文件合并更新）。

　　　　３索引文件

　　　　　　

　　　　　为了方便单个记录的随机存取，为文件建立一个索引表，记录每项记录在文件的逻辑地址及记录长度；该索引表按关键字排序，。
　　　　索引表内容：
　　　　　　　索引号、长度、记录地址指针
　　　　检索效率
　　　　　索引表本身即是个按记录键排序的定长顺序文件，所以能利用算法提高索引表检索速度

　　

　　　　　一个索引文件可以有多个索引表
　　　　　　为方便用户根据不同记录属性检索记录，为顺序文件建立多个索引表，每种能成为检索条件的域都配备一张索引表。
　　　　　索引文件的优缺点
　　　　　　　适用于变长记录，可提高检索速度，实现直接存取
　　　　　　　索引表增加了存储开销

　　　　　４　索引顺序文件：

　　　　　　

　　　　　既要方便，又要降低开销
　　　　　本方式是最常见的一种逻辑文件形式。
　　　　　　将顺序文件的所有记录分组
　　　　　　还是建立索引表，但每个表项记录的是每组第1条记录的键值和地址。
　　　　　　组内记录仍按顺序方式检索和使用。
　　　　　检索一条记录的过程：
　　　　　　先计算记录是在第几组，然后再检索索引确定组在哪里后，在组内顺序查找。
　　　　　可利用多级索引，进一步提高检索效率。

　　　　　５　直接文件：

　　　　　

　　　　　给定键值（如学号）不需顺序检索直接得到记录的物理地址、

 

　　　　三　外存分配方式：　　

　　　　

　　　　　　　目标：有效利用外存空间，提高文件访问速度
　　　　　　　　常用三种方式：
　　　　　　　　连续分配
　　　　　　　　链接分配（不连续）
　　　　　　　　索引分配
　　　　　　　　通常一个系统中仅采用一种方式
　　　　　　　采用的磁盘分配方式决定了文件的“物理结构”
　　　　　　　　　顺序结构；链接式结构；索引式结构。
　　　　　　　　　注意与逻辑结构名类似但不是一回事

　　　　

　　　　

　　　

　　　　　　缺点：
　　　　　　　会产生外存碎片。可紧凑法弥补，但需要额外的空间，和内存紧凑相比更花时间。
　　　　　　　创建文件时要给出文件大小；存储空间利用率不高，不利于文件的动态增加和修改；
　　　　　　　适用于变化不大顺序访问的文件，在流行的UNIX系统中仍保留了连续文件结构。如对换区

　　　　　　２　连接分配：

　　　　　　　

　　　　　　可以为每一个文件分配一组不相邻的盘块。
　　　　　　设置链接指针，将同属于一个文件的多个离散盘块链接成一个链表，这样形成的文件称为链接文件。会有链接成本。

　　　　　　　优点：

　　　　　　　离散分配，消除外部碎片，提高利用率
　　　　　　　同时适用于文件的动态增长；修改容易

　　　　

 

 

　　四　存储空间管理：

　　　

　　　　　为实现存储空间分配，系统需要：
　　　　　　记住空闲存储空间使用情况；为空间设置相应的数据结构；
　　　　　　提供对存储空间分配、回收的操作手段。
　　　　　典型的管理方法：
　　　　　　1）空闲表和空闲链表法
　　　　　　2）位示图法
　　　　　　3）成组链接法

　　　　　1）空闲表法和空闲链表法

　　　　　常用于连续分配管理方式
　　　　　数据结构
　　　　　　系统为外存上的所有空闲区建立一张空闲表
　　　　　　每个空闲区对应一个空闲表项
　　　　　　　（表项包括序号、空闲区的第一个盘块号、空闲盘块数等。）
　　　　　　将所有空闲区按其起始盘块号递增的次序排列

　　　　　

　　　　　空闲链表法
　　　　　　　将所有空闲盘区拉成一条空闲链。
　　　　　　　数据结构：链
　　　　　　　　根据构成链所用基本元素的不同，可把链表分成两种形式：
　　　　　　　　空闲盘块链
　　　　　　　　空闲盘区链

　　　2）位示图法——位示图

　　　　　　

　　　　利用二进制的一位来表示一个盘块的使用情况。
　　　　值为0表示对应的盘块空闲，为1表示已分配。有的系统则相反。
　　　　磁盘上的所有盘块都有一个二进制位与之对应，这样由所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。
　　　　总块数=m*n。可用m*n个位数来构成位示图，可看成是二维数组（数据结构）

　　　　3）成组链接法

　　　　

　　　中心思想：
　　　所有盘块按规定大小划分为组；
　　　组间建立链接；
　　　组内的盘块借助一个系统栈可快速处理，且支持离散分配回收。