操作系统复习总结——文件管理

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目录

一、文件管理概述

1、文件基本概念

(1)定义

(2)基本调度单位

(3)文件结构

2、文件控制块与索引节点

(1)文件属性

(2)文件控制块(FCB)

(3)索引结点

3、文件的操作(操作系统向上提供哪些功能?)

4、文件保护 

(1)加以控制的访问类型

(2)访问控制

5、文件的逻辑结构

(1)文件的逻辑结构是什么?

(2)按逻辑结构划分,文件的分类

1)无结构文件(流式文件)

2)有结构文件(记录式文件)

①顺序文件

6、文件的物理结构

​编辑

(1)连续分配

(2)链接分配

1)隐式链接

 2)显式链接

(3)索引分配 

(4)总结

 7、逻辑结构和物理结构区分

1、逻辑结构

2、物理结构

3、总结​

二、文件目录

三、文件系统

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一、文件管理概述

1、文件基本概念

(1)定义

        文件就是一组有意义的信息或者数据的集合。

        文件是以硬盘为载体的存储在计算机上的信息集合,可以是文本文档、图片、程序等。

(2)基本调度单位

       系统运行时,计算机以进程为基本调度单位进行资源的调度和分配;

        用户进行输入、输出时,以文件为基本单位。

(3)文件结构

        ①数据项:文件中最低级的数据组织形式,可分为:

  • 基本数据项。描述一个对象的某种属性的一个,数据中最小的逻辑单位。
  • 组合数据项:多个基本数据项组成。

        ②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。

        ③文件:指由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合,可分为

  • 有结构:文件由若干个相似的记录组成。
  • 无结构:被当作一个字符流,如一个二进制文件或字符文件。

2、文件控制块与索引节点

(1)文件属性

        ①文件类型

        ②文件长度

        ③文件的物理地址

        ④文件的建立时间

(2)文件控制块(FCB)

        文件控制块是什么?

        文件控制块(PCB)是用来存放控制文件需要的各种信息的数据结构,以实现“按名存取”。

        一个FCB称一个文件目录项,文件目录:FCB的有序集合。

        FCB包含什么?

  • 基本信息:文件名、文件的物理地址、文件的逻辑结构、文件的物理结构等。
  • 存取控制信息:文件的主存取权限、核准用户的存取权限、一般用户的存取权限。
  • 使用信息:文件建立时间,上次修改时间。

(3)索引结点

        为什么要采用索引结点?

        有的系统(UNIX)采用了文件名和文件描述信息分开的方法,使文件描述信息单独形成一个成为索引结点的数据结构。具体解释P230

        索引结点的分类?

        ①磁盘索引结点

        指存放在磁盘上的索引结点。每个文件有一个唯一的磁盘索引结点。

        ②内存索引结点        

        指存放在内存中的索引结点。当文件被打开时,将磁盘索引节点复制到内存的索引结点中

3、文件的操作(操作系统向上提供哪些功能?)

        文件名不必使打开文件表的一部分,一旦完成对FCB在磁盘上的定位,系统不再使用此文件名字。

        每个打开的文件都有以下关联信息:

        ① 文件指针

        ② 文件打开计数

        ③ 文件磁盘位置

        ④ 访问权限 

4、文件保护 

(1)加以控制的访问类型

        读、写、执行、添加、删除、列表清单。

(2)访问控制

精简的访问列表:

① 拥有者。创建文件的用户。

② 组。一组需要共享文件且具有类似访问的用户。

③ 其他。系统内的所有其他用户。

5、文件的逻辑结构

(1)文件的逻辑结构是什么?

        从用户观点出发看到的文件的组织形式。而物理结构是从实现观点出发看到的文件在外存上存储组织形式。

        文件的逻辑结构与存储介质特性无关,指在文件内部,数据逻辑上是如何组织起来的。

(2)按逻辑结构划分,文件的分类

  1)无结构文件(流式文件)

        是最简单的文件组织形式。无结构文件将数据按顺序组织成记录并积累、保存,是有序相关信息项的集合,亿字节为单位。

        优点:文件管理简单,用户可以更方便的对其进行操作。

        缺点:记录访问只能通过穷举搜索的方式,对大多数应用不适用。

2)有结构文件(记录式文件)
①顺序文件

        什么是顺序文件?

        文件中的记录一个接一个地顺序排列,记录同工厂是定长地,可以顺序存储或以链表新形式存储。

        顺序文件又被分为以下两种结构:

        串结构:记录之间的顺序与关键字无关,按存入时间先后排序,对串接够文件进行检索必须从头开始顺序依次查找,比较费时。

        顺序结构:文件中的所有记录按关键字排列,可采用折半查找,效率高。

②索引文件

③索引顺序文件

④直接文件或散列文件       

6、文件的物理结构

        问:为什么要研究文件的物理结构?

        目标:件的物理结构就是研究文件的实现,即文件数据在物理存储设备上是如何分布和组织的。

        两方面回答:

        ①文件的分配方式:讲的是对磁盘非空闲块的管理。

        ②文件存储空间管理:讲的是对磁盘空闲块的管理。

         图示:

        文件分配对应于文件的物理结构。如何为文件分配磁盘块。

        常用的磁盘空间分配方法:

        ①连续分配

        ②链接分配

        ③索引分配

(1)连续分配

        要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。连续分配时,逻辑文件中的记录也顺序存储在相邻接的块中。 

        优点:

        实现简单,存取速度快。

        缺点:

        ①文件长度不宜动态增加,因为一个文件末尾后的盘块可能已分配给其他文件,一旦需要增加,就需要大量移动盘块。

        ②为保持文件的有序性,删除和插入记录时,需要对相邻的记录做物理上的移动,还会动态改变文件的长度。

        ③反复增加删除文件后会产生外部碎片(与内存管理分配方式中的碎片相似)。

        ④很难确定一个文件需要的空间大小。

(2)链接分配

        链接分配是一种离散分配方式。

        优点:

        ①消除了磁盘的外部碎片,提高了磁盘的利用率。

        ②可以动态地为文件分配盘块,无需事先知道文件地大小。

        ③对文件地插入、删除、修改也非常方便。 

 链接分配又分为:显式链接和隐式链接。

1)隐式链接

 2)显式链接

(3)索引分配 

        为什么要进行索引分配?

        虽然链接分配解决了连续分配的外部碎片和文件大小管理的问题,但依旧存在问题:

        ① 链接分配不能有效支持直接访问(FAT除外)

        ②FAT需要占用较大内存空间。

        事实上,在打开某个文件时,只需要将该文件的对应盘块的编号调入内存中即可,没有必要将整个FAT调入内存。

        为此,索引分配每个文件所有的盘块号都集中放在一起构成索引块(表)

        索引表存放的磁盘成为索引块。文件数据存放的磁盘块称为数据块。

 (4)总结

 7、逻辑结构和物理结构区分

1、逻辑结构

2、物理结构

3、总结

二、文件目录

三、文件系统

        什么是文件系统?

        操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构成为文件管理系统,简称文件系统。

        文件系统由以下三部分组成:①与文件管理有关的软件 ②被管理文件 ③实施文件管理所需的数据结构

        文件系统需要完成那些功能?

        对用户而言,文件系统最主要的功能是实现对文件的基本操作,让用户可以按名存储和查找文件,组织成合适的结构,并应当具有基本的文件共享和文件保护功能。

        对于操作系统本身而言,操作系统还需要管理与磁盘的信息交换,完成文件逻辑结构和物理结构的变换,组织文件在磁盘上的存放,采取好的文件排放顺序和磁盘调度方法以提升整个系统的性能。

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