1、第六章 文件(wnjin)管理操作系統(co zu x tn) 劉 剛7/18/20221共六十八頁【教學目的】了解文件系統的功能?！窘虒W重點】1、了解文件系統的基本概念、文件的邏輯結構、文件、記錄、數據項的基本概念。2、掌握外存分配的連續分配、鏈接分配、索引分配方式。3、掌握目錄管理、文件存儲空間管理的功能?！窘虒W要求】1、掌握：文件的邏輯組織和物理(wl)組織的概念及不同的組織形式，文件的目錄結構，文件和目錄的主要操作。2、理解：文件的分類，文件的存取控制，UNIX文件系統的主要操作。3、了解：文件系統的功能，文件存儲空間的管理，文件的后備和恢復，管理文件等。 7/18/20222共六十八

2、頁第六章 文件(wnjin)管理在現代計算機系統中，用到大量的程序(chngx)和數據，由于內存容量和存儲特性的限制，這些內容必須以文件的形式保存在外存操作系統必須提供對外存的文件管理的功能，即構成文件系統文件系統中包括文件管理、文件存取、共享和文件保護文件是具有文件名的若干相關元素的集合文件系統的管理功能是通過把它所管理的程序和數據組織成一系列文件的方法來實現的7/18/20223共六十八頁第六章 文件(wnjin)管理文件和文件系統文件的邏輯結構外存分配方式目錄(ml)管理文件存儲空間的管理文件共享與文件保護數據一致性控制7/18/20224共六十八頁文件(wnjin)和文件(wnjin)

3、系統概述(i sh)文件分類文件系統模型文件操作7/18/20225共六十八頁數據抽象加工信息概述(i sh)生產(shngchn)生活組織數據結構處理數據庫存儲文件系統傳輸計算機網絡7/18/20226共六十八頁概述(i sh)所有(suyu)的計算機應用程序都要存儲信息和檢索信息三個基本要求 能夠存儲大量的信息 長期保存信息 可以共享信息解決方法：把信息以一種單元，即文件的形式存儲在磁盤或其他外部介質上。文件是通過操作系統來管理的，包括：文件的結構、命名、存取、使用、保護和實現方法。7/18/20227共六十八頁概述(i sh)文件管理任務文件管理是軟件（程序與數據集合）資源管理，是涉及用

4、戶作業和內部硬件管理任務：把存儲、檢索、共享和保護文件的手段(shudun)提供給本身和用戶，以方便用戶及資源利用功能分配與管理外存提供合適的存儲方法文件共享，保護解決沖突7/18/20228共六十八頁概述(i sh)文件管理功能分配與管理外部存儲器，用戶以文件形式存放信息，“按名存取”，文件的機內碼與磁盤、光盤等外存地址建立起相對應的聯系提供合適的存儲方法，例如，鍵盤命令(mng lng)以及程序中使用系統調用控制。包括文件的創建(Create)、打開(Open)、關閉(Close)、讀寫(Read/Write)、刪除(Delete, Erase)和重命名或改名(Rename)等文件的共享與

5、保護，解決文件命名中的沖突和存取權限的控制7/18/20229共六十八頁概述(i sh)文件的概念文件是軟件機構，軟件資源的管理方式具有符號名的一組相關元素的有序序列，是一段程序或數據的集合(jh)一組賦名的相關聯字符流的集合，或者是相關聯記錄。而記錄是有意義的信息集合信息項：構成文件內容的基本單位文件的特性：包括文件說明、文件體7/18/202210共六十八頁6.1 文件(wnjin)和文件(wnjin)系統 6.1.1 文件(wnjin)、記錄和數據項 文件是數據的一種組織形式，而文件管理系統是指文件和對文件進行操縱和管理的軟件集合。基于文件系統的概念而把數據的組成分為數據項、記錄和文件三

6、級。7/18/202211共六十八頁6.1 文件(wnjin)和文件(wnjin)系統 6.1.1 文件(wnjin)、記錄和數據項 1. 數據項 數據項可分成以下兩種類型： （1）基本數據項 （2）組合數據項 7/18/202212共六十八頁6.1 文件(wnjin)和文件(wnjin)系統 6.1.1 文件(wnjin)、記錄和數據項 1. 數據項 (1) 基本數據項。這是用于描述一個對象的某種屬性的字符集，是數據組織中可以命名的最小邏輯數據單位，即原子數據，又稱為數據元素或字段。它的命名往往與其屬性一致。例如，用于描述一個學生的基本數據項有：學號、姓名、年齡、所在班級等。 7/18/20

7、2213共六十八頁 (2) 組合數據項。它是由若干個基本數據項組成的，簡稱組項。例如，經理便是個組項，它由正經理和副經理兩個(lin )基本項組成。又如，工資也是個組項，它可由基本工資、工齡工資和獎勵工資等基本項所組成。 基本數據項除了數據名外，還應有數據類型。因為基本項僅是描述某個對象的屬性，根據屬性的不同，需要用不同的數據類型來描述。例如，在描述學生的學號時，應使用整數；描述學生的姓名則應使用字符串(含漢字)；描述性別時，可用邏輯變量或漢字?？梢姡蓴祿椀拿趾皖愋蛢烧吖餐x了一個數據項的“型”。而表征一個實體在數據項上的數據則稱為“值”。例如，學號/30211、姓名/王有年、性別/男

8、等。 7/18/202214共六十八頁 2. 記錄 記錄是一組相關數據項的集合，用于描述一個對象在某方面的屬性。一個記錄應包含哪些數據項，取決于需要描述對象的哪個方面。而一個對象，由于他所處的環境不同可把他作為不同的對象。例如，一個學生，當把他作為班上的一名學生時，對他的描述應使用學號、姓名、年齡及所在系班，也可能還包括他所學過的課程的名稱、成績等數據項。 但若把學生作為一個醫療對象時，對他描述的數據項則應使用諸如病歷號、姓名、性別、出生年月、身高、體重、血壓及病史等項。為了能唯一地標識一個記錄，必須在記錄的各個(gg)數據項中，確定出一個項或幾個項，把它們的集合稱為關鍵字(key)。關鍵字是

9、能唯一標識一個記錄的數據項。 7/18/202215共六十八頁3. 文件(wnjin) 文件是指由創建者所定義的、具有文件名的一組相關元素的集合，可分為有結構文件和無結構文件兩種。在有結構的文件中，文件由若干個相關記錄組成；而無結構文件則被看成是一個字符流。文件在文件系統中是一個最大的數據單位，它描述了一個對象集。例如，可以將一個班的學生記錄作為一個文件。一個文件必須要有一個文件名， 它通常(tngchng)是由一串ASCII碼或(和)漢字構成，名字的長度因系統不同而異。如在有的系統中把名字規定為8個字符，而在有的系統中又規定可用14個字符。 7/18/202216共六十八頁概述(i sh)文

10、件(wnjin)是一個抽象機制，它提供了一種把信息保存在存儲介質上，而且便于以后存取的方法，用戶不必關心實現細節7/18/202217共六十八頁6.1.2 文件類型和文件系統模型(mxng) 1. 文件類型 為了方便系統和用戶了解文件的類型，在OS中都把文件類型作為(zuwi)擴展名而綴在文件名的后面，在文件名和擴展名之間用“.”號分開。7/18/202218共六十八頁7/18/202219共六十八頁文件命名規則 有限長度，數字(shz)和字符，大小寫區分，支持文件擴展名（一個或多個） 例子：.bak .gif .doc .ppt .hlp .html .mpg .jpg .ps .tex .

11、txt .zip概述(i sh)各信息項之間具有順序關系信息項信息項.信息項.信息項編號：0 1 i n-1讀寫指針7/18/202220共六十八頁概述(i sh)文件系統的概念是操作系統中統一管理信息資源的一種(y zhn)軟件，管理文件的存儲、檢索、更新，提供安全可靠的共享和保護手段，并且方便用戶使用。文件系統包含文件管理程序（文件與目錄的集合）和所管理的全部文件是用戶與外存的接口系統軟件為用戶提供統一方法（以數據記錄的邏輯單位），訪問存儲在物理介質上的信息文件系統=文件管理程序（文件和目錄的集合）+它所管理的全部文件7/18/202221共六十八頁概述(i sh)文件系統的概念文件系統功

12、能用戶角度：實現“按名存取”系統角度：是對文件存儲器的存儲空間進行組織、分配(fnpi)、負責文件的存儲并對存入的文件實施保護、檢索的一組軟件的集合文件系統具體功能統一管理文件的存儲空間，實施存儲空間的分配與回收實現文件的按名存取 名字空間 映射 存儲空間7/18/202222共六十八頁概述(i sh)實現文件信息的共享，并提供文件的保護和保密措施向用戶提供一個方便使用的接口（提供對文件系統操作命令，以及提供對文件的操作命令：信息存取、加工等）系統維護及向用戶提供有關信息文件系統的執行效率 文件系統在操作系統接口中占的比例最大,用戶使用操作系統的感覺在很大程度(chngd)上取決于對文件系統的

13、使用效果.提供與I/O的統一接口7/18/202223共六十八頁概述(i sh)文件系統的優點使用方便，靈活(ln hu)，用戶按名存取安全可靠， 保護系統和用戶提供保密與共享UNIX文件系統特點分層“倒樹”型文件系統每一用戶可以是樹的一個分支，分支獨立，可以與別的“葉”重名“樹根”是所有用戶有用的工具性程序7/18/202224共六十八頁概述(i sh)文件系統必須解決的問題如何有效地分配文件存儲器的存儲空間提供合適的存取方法命名(mng mng)的沖突和文件的共享7/18/202225共六十八頁概述(i sh)理想文件系統的特征有效地分配文件存儲器的存儲空間文件結構和存取的靈活性和多樣性具

14、有對用戶來說盡可能是透明的機制盡可能達到文件存儲裝置的獨立性存儲在文件中的信息(xnx)的安全能方便的共享公用的文件有效地實現各種文件操作的命令7/18/202226共六十八頁文件(wnjin)和文件(wnjin)系統概述文件分類文件系統模型(mxng)文件操作7/18/202227共六十八頁文件(wnjin)分類文件分類原因文件的分類是為了更好地管理和使用，要科學地分門別類，對不同的文件進行不同的管理。這樣(zhyng)，不僅提高了文件的存取速度，對文件的共享和保護也有利一般系統級與用戶級要進行不同的管理，例如，一個系統文件工作時要讀入內存，放在內存的某一固定區，有較高的保護級別，一般用戶不

15、允許進入。而一般用戶的用戶文件是在另外管轄的可用區有空閑時才能被調入指定的內存用戶區7/18/202228共六十八頁文件(wnjin)分類按性質和用途分類系統文件由系統軟件構成的文件，只允許用戶通過系統調用或系統提供(tgng)的專用命今來執行它們，不允許對其進行讀寫和修改主要有操作系統核心和各種系統應用程序或實用工具程序和數據組成例如：,/unix庫文件文件允許用戶對其進行讀取和執行，但不允許對其進行修改主要由各種標準子程序庫組成例如：C語言、FORTRAN子程序庫存放在子目錄下 *.LIB,/lib/,/usr/lib/用戶文件是用戶通過操作系統保存的用戶文件，由文件的所有者或所有者授權的

16、用戶才能使用主要由用戶的源程序源代碼、可執行目標程序的文件和用戶數據庫數據等組成例如：*.c,*.for,*.f,*DBF,*.OBJ7/18/202229共六十八頁文件(wnjin)分類按操作保護分類只讀文件：只允許文件主及被核準的用戶去讀文件，而不允許寫文件。標記為：-r-可讀可寫文件：允許文件主及被核準的用戶去讀和寫文件。標記為： -rw-可執行文件：允許文件主及被核準的用戶去調用(dioyng)執行該文件而不允許讀和寫文件，標記為： -x- 各個操作系統的保護方法和級別有所不同DOS操作系統三種保護：系統、隱藏、可寫UNIX或Linux操作系統有九個級別的保護7/18/202230共六

17、十八頁文件(wnjin)分類按使用情況分類臨時文件：用于系統在工作過程中產生的中間文件，一般有暫存的目錄，正常工作情況下，工作完畢會自動刪除，一旦有異常情況往往會殘留不少臨時文件永久文件: 指一般受系統管理的各種系統和用戶文件，經過安裝或編輯、編譯(biny)生成的文件，存放在軟盤、硬盤或光盤等外存上檔案文件: 系統或一些實用工具軟件包在工作過程中記錄在案的文擋資料文件，以便查閱歷史擋案7/18/202231共六十八頁文件(wnjin)分類按用戶觀點分類(fn li)普通文件(常規文件) 是指系統中最一般組織格式的文件，一般是字符流組成的無結構文件目錄文件是由文件的目錄信息構成的特殊文件，操作

18、系統將目錄也做成文件，便于統一管理特殊文件（設備驅動程序）在UNIX或Linux操作系統中，所有的輸入輸出外部設備都被看作特殊文件便于統一管理操作系統會把對特殊文件的操作轉接指向相應的設備操作，真正的設備驅動程序不包含在這特殊文件中，而是指向與鏈接到操作系統核心中存放在內存高端部分7/18/202232共六十八頁文件(wnjin)分類按存取的物理結構分類順序（連續）文件文件中的紀錄，順序地存儲到連續的物理盤塊中，順序文件中所記錄的次序，與它們存儲在物理介質上存放(cnfng)的次序是一致的鏈接文件文件中的紀錄可存儲在并不相鄰接的各個物理塊中，通過物理塊中的鏈接指針組成一個鏈表管理，形成一個完整

19、的文件,又稱指針串連文件或直接存取文件索引文件7/18/202233共六十八頁3. 進程(jnchng)控制塊的組織方式 1) 鏈接(lin ji)方式 圖 2-7 PCB鏈接隊列示意圖 7/18/202234共六十八頁文件(wnjin)分類按存取的物理結構分類順序（連續）文件文件中的記錄，順序地存儲到連續的物理盤塊中，順序文件中所記錄的次序，與它們存儲在物理介質上存放的次序是一致的鏈接文件文件中的記錄可存儲在并不相鄰接的各個物理塊中，通過物理塊中的鏈接指針組成一個鏈表管理，形成一個完整的文件,又稱指針串連(chun lin)文件或直接存取文件索引文件文件中的記錄可存儲在并不相鄰接的各個物理塊

20、中，記錄和物理塊之間通過索引表項按關鍵字存取文件，通過物理塊中的索引表管理，形成一個完整的文件7/18/202235共六十八頁2) 索引(suyn)方式 圖 2-8 按索引(suyn)方式組織PCB 7/18/202236共六十八頁文件(wnjin)分類按文件的邏輯存儲結構分類有結構文件 由若干個記錄所構成的文件，故又稱為記錄式文件無結構文件 這是直接由字符(z f)序列所構成的文件，故又稱為流式文件7/18/202237共六十八頁文件(wnjin)分類按文件中的數據形式分類源文件由源程序和數據構成的文件一般是由美國信息交換標準碼（ASCII）、EBCD碼或漢字編碼組成目標文件由源程序(chn

21、gx)經過相應的計算機語言編譯程序(chngx)編譯，但尚未經過鏈接程序(chngx)鏈接的目標代碼所形成的文件后綴名為“.OBJ”（DOS系統）或“.o”（UNIX或Linux操作系統）7/18/202238共六十八頁文件(wnjin)分類UNIX系統的文件分類UNIX將文件分為普通文件；目錄文件；特殊文件（設備文件）三類普通文件:包含的是用戶的信息，一般為ASCII或二進制文件目錄文件:管理文件系統的系統文件特殊文件: 字符設備文件：和輸入輸出有關，用于模仿串行I/O設備，例如終端，打印機，網絡(wnglu)等 塊設備文件：模仿磁盤分類的目的：對不同文件進行管理,提高系統效率；提高用戶界面

22、友好性7/18/202239共六十八頁文件(wnjin)分類文件屬性文件類型文件(wnjin)長度文件的物理位置文件的建立時間文件屬性反映文件的類型、存取控制等UNIX系統中文件屬性： 普通文件 d 目錄文件 p 管道文件 c 字符型設備文件b 塊設備文件 7/18/202240共六十八頁文件(wnjin)和文件(wnjin)系統概述(i sh)文件分類文件系統模型文件操作7/18/202241共六十八頁文件系統模型(mxng)文件系統是操作系統中負責管理和存取文件信息(xnx)的軟件機構，它是由管理文件所需的數據結構和相應的管理軟件以及訪問文件的一組操作組成從系統的角度看：文件系統是一個負責

23、文件存儲空間管理的機構從用戶的角度看：文件系統是用戶在計算機上存儲信息、使用信息的接口7/18/202242共六十八頁文件系統模型(mxng)文件系統接口對對象操縱和管理的軟件集合對象及其屬性用戶(yngh)（程序）文件系統模型7/18/202243共六十八頁文件系統模型(mxng)文件系統模型對象及其屬性文件目錄磁盤(磁帶)存儲空間對對象操縱和管理的軟件集合對文件存儲空間的管理對文件目錄的管理用于將文件的邏輯(lu j)地址轉換為物理地址的機制對文件讀和寫的管理對文件的共享與保護等功能文件系統接口命令接口程序接口7/18/202244共六十八頁2. 文件系統模型(mxng) 圖 6-2 文件

24、系統模型(mxng) 7/18/202245共六十八頁 1) 對象及其屬性 文件管理系統管理的對象有： 文件。在文件系統中有著各種不同類型的文件，它們作為文件管理的直接對象。 目錄。為了方便(fngbin)用戶對文件的存取和檢索，在文件系統中必須配置目錄。在目錄中除包含文件名外，還包括對文件屬性的說明。對目錄的組織和管理是方便(fngbin)用戶和提高對文件存取速度的關鍵。 磁盤(磁帶)存儲空間。文件和目錄必定占用存儲空間，對這部分空間的有效管理，不僅能提高外存的利用率，而且能提高對文件的存取速度。 7/18/202246共六十八頁2. 文件系統模型(mxng) 圖 6-2 文件系統模型(mx

25、ng) 7/18/202247共六十八頁 2) 對對象操縱和管理的軟件集合 這是文件管理系統的核心部分。文件系統的功能大多是在這一層實現的，其中包括：(1)對文件存儲空間的管理；(2)對文件目錄的管理；(3)用于將文件的邏輯地址轉換為物理地址的機制；(4)對文件讀和寫的管理，以及(5)對文件的共享與保護等功能。 在這些功能的實現中，通常又進一步劃分成幾個層次。其中，有的層次用于的處理(chl)物理文件系統而有的層次則是處理(chl)邏輯文件系統。 7/18/202248共六十八頁 2) 對對象操縱和管理的軟件集合（1）I/O控制層。這是文件系統的最低層，主要由磁盤驅動程序和磁帶驅動程序組成，故

26、該層又稱為設備驅動程序層。驅動程序的主要職責是I/O操作和對設備發來的中斷信號進行處理。（2）基本文件系統。又稱為物理I/O層。該層用于處理內存與磁盤或磁帶機系統(xtng)之間數據塊的交換。（3）基本I/O管理程序。它又稱為文件組織模塊。這一層次完成與磁盤I/O有關的大量事務。（4）邏輯文件系統?；疚募到y所處理的數據塊的交換，邏輯文件系統所處理的則是文件和記錄相關操作。 7/18/202249共六十八頁 2) 對對象操縱和管理的軟件集合（1）I/O控制層。（2）基本文件系統。（3）基本I/O管理程序。它又稱為文件組織模塊。這一層次完成與磁盤I/O有關的大量事務，有： 要選擇文件所在的設備

27、； 進行文件邏輯塊號到物理塊號的轉換，由于文件的邏輯塊號總是從1（或0）到n（或n-1），而這些邏輯塊有可離散地分配到不相鄰接的物理塊中，使邏輯塊號與物理塊號不一致。 空閑(kngxin)盤塊的管理。這指對磁盤中尚未分配出去的盤塊的管理； I/O緩沖的指定。每當要進行I/O之前，還必須為這次I/O指定緩沖區。（4）邏輯文件系統。7/18/202250共六十八頁2. 文件系統模型(mxng) 圖 6-2 文件系統模型(mxng) 7/18/202251共六十八頁 3) 文件系統的接口 為方便用戶使用文件系統，文件系統通常向用戶提供兩種類型的接口： (1) 命令接口。這是指作為(zuwi)用戶與文

28、件系統交互的接口。用戶可通過鍵盤終端鍵入命令，取得文件系統的服務。 (2) 程序接口。這是指作為用戶程序與文件系統的接口。用戶程序可通過系統調用來取得文件系統的服務。 7/18/202252共六十八頁文件(wnjin)和文件(wnjin)系統概述文件分類文件系統模型(mxng)文件操作7/18/202253共六十八頁6.1.3 文件(wnjin)操作 對文件的操作可分成(fn chn)兩大類： 一類是對文件自身的操作，創建一個新文件、刪除一個老文件、拷貝一個文件、為文件改名等； 另一類是對記錄的操作，檢索一個文件中的所有記錄、檢索一個文件中的單個記錄等。 7/18/202254共六十八頁6.1

29、.3 文件(wnjin)操作 1、對記錄的操作 這可能是用戶用的最多的一類操作。對記錄的典型操作有以下幾種：（1）檢索所有的記錄。檢索一個文件中的所有記錄，這種操作主要用于檢索時需要涉及到文件中所有記錄中的信息情況。（2）檢索單個記錄。僅檢索一個文件中的某個記錄。這種操作主要用于面向事務處理的應用中。（3）插入一個記錄。將一個新記錄插入到一個含有若干個記錄的文件中的適當位置。（4）修改一個記錄。從文件中檢索到一個指定記錄后，便可對其中的一個或多個數據項進行修改，然后(rnhu)將修改后的記錄在寫回文件中。（5）刪除一個記錄。從已存文件中的刪除一個記錄。7/18/202255共六十八頁文件(wn

30、jin)操作最基本的文件(wnjin)操作創建文件刪除文件讀文件寫文件截斷文件設置文件的讀/寫位置7/18/202256共六十八頁6.1.3 文件(wnjin)操作 2、對文件的操作（1）創建文件。在創建一個新文件時，系統首先要為新文件分配必要的外存空間。并在文件系統的目標中，為之建立一個目錄項。目錄項中應記錄新文件的文件名及其在外存的地址等屬性(shxng)。（2）刪除文件。（3）讀文件。（4）寫文件。（5）截斷文件。（6）設置文件的讀/寫位置。7/18/202257共六十八頁6.1.3 文件(wnjin)操作 2、對文件的操作（1）創建文件。（2）刪除文件：當已不在需要某文件時，可將它從文

31、件系統中刪除。在刪除時，系統應先從目錄中找到要刪除的文件的目錄項，然后回收(hushu)該文件所占的存儲空間。（3）讀文件。（4）寫文件。（5）截斷文件。（6）設置文件的讀/寫位置。7/18/202258共六十八頁6.1.3 文件(wnjin)操作 2、對文件(wnjin)的操作（1）創建文件。（2）刪除文件。（3）讀文件：在讀一個文件時，須在系統調用中給出文件名和文件被讀入的內存目標地址，此時，系統同樣要查找目錄，找到指定文件的目錄項，從而得到讀文件在外存的位置。在目錄項中，還有一指針用于對文件的讀寫。（4）寫文件。（5）截斷文件。（6）設置文件的讀/寫位置。7/18/202259共六十八頁

32、6.1.3 文件(wnjin)操作 2、對文件的操作（1）創建文件。（2）刪除文件。（3）讀文件。（4）寫文件：在寫一個文件時，須在系統調用中給出文件名和文件在內存的源地址，此時，系統同樣(tngyng)要查找目錄，找到指定文件的目錄項，再利用目錄中的寫指針進行寫。（5）截斷文件。（6）設置文件的讀/寫位置。7/18/202260共六十八頁6.1.3 文件(wnjin)操作 2、對文件的操作（1）創建文件。（2）刪除文件。（3）讀文件。（4）寫文件。（5）截斷文件：如果一個文件的內容已經陳舊而需要全部(qunb)更新文件的內容時，一種方法是將此文件刪除，再重新創建一個新文件。但如果文件名及其屬性均無改變時，則可采取另一種所謂的截斷文件的方法，也就是將原有文件的長度設置為0，或放棄原有的文件的內容。（6）設置文件的讀/寫位置。7/18/202261共六十八頁6.1.3 文件(wnjin)操作 2、對文件的操作（1）創建文件。（2）刪除文件。（3）讀文件。（4）寫文件。（