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操作系统 第六章 文件管理第六章 文件管理6.1 文件系统的概念6.2 文件的逻辑组织与存取方法6.3 文件的物理结构与存储设备6.4 文件存储空间的管理6.5 文件书目管理6.6 共享与平安6.7 文件完整性6.8 文件的运用1 操作系统 第六章 文件管理一、引言 软件资源包括各种程序和数据，是一些具有确定逻辑意软件资源包括各种程序和数据，是一些具有确定逻辑意义的、相关联的信息集合，因此，软件资源也可称为信息资义的、相关联的信息集合，因此，软件资源也可称为信息资源。对软件资源的管理形成了操作系统的文件管理系统（简源。对软件资源的管理形成了操作系统的文件管理系统（简称文件系统）。称文件系统）。6.1 文件系统的概念二、文件 文件：是指一个具出名称的、一组在逻辑上具有完整意文件：是指一个具出名称的、一组在逻辑上具有完整意义的相关信息的集合。义的相关信息的集合。文件必须要有一个文件名。它通常由一串文件必须要有一个文件名。它通常由一串ASCIIASCII码字符码字符或汉字构成，用户利用文件名来访问文件，即或汉字构成，用户利用文件名来访问文件，即“按名存取按名存取”。2 操作系统 第六章 文件管理 按文件的性质和用途分类：按文件的性质和用途分类：1 1）系系统统文文件件。由由操操作作系系统统核核心心和和各各种种系系统统程程序序及及数数据据组组成成的文件。的文件。这这类类文文件件通通常常只只允允许许用用户户通通过过操操作作系系统统调调用用执执行行，不不允允许许对对其其进进行行读读写写和和修修改改。如如编编译译程程序序、说说明明程程序序以以及及操操作作系统本身。系统本身。2 2）库文件。）库文件。主要由各种标准子程序库组成。主要由各种标准子程序库组成。这类文件只允许用户对其进行读取、执行，但不允许对这类文件只允许用户对其进行读取、执行，但不允许对其进行修改。如其进行修改。如C C语言子程序库、语言子程序库、PASCALPASCAL语言子程序库等。语言子程序库等。3 3）用户文件。由用户建立的文件。）用户文件。由用户建立的文件。这这类类文文件件只只由由文文件件主主或或被被授授权权的的用用户户才才能能运运用用。如如源源程程序、目标程序、数据文件等。序、目标程序、数据文件等。三、文件的分类3 操作系统 第六章 文件管理 UNIX UNIX操作系统中，文件按组织形式和处理方式分为三类。操作系统中，文件按组织形式和处理方式分为三类。1 1）一一般般文文件件。由由字字符符流流组组成成的的文文件件。UNIXUNIX系系统统中中的的一一般般文文件既包括系统文件，也包括用户文件和库文件。件既包括系统文件，也包括用户文件和库文件。2 2）书书目目文文件件。由由文文件件书书目目信信息息构构成成的的一一类类文文件件。该该文文件件的的内内容容是是用用来来检检索索一一般般文文件件的的书书目目信信息息，对对它它的的处处理理（读读、写写、执行）在形式上与一般文件相同。执行）在形式上与一般文件相同。3 3）特特殊殊文文件件。在在UNIXUNIX操操作作系系统统中中，全全部部的的输输入入、输输出出设设备备都都被被看看作作特特殊殊文文件件。这这类类文文件件在在查查找找书书目目、存存取取权权限限验验证证等等处处理理和和运运用用形形式式上上与与一一般般文文件件相相同同，但但是是，特特殊殊文文件件的的运运用用是是和和设设备备处处理理程程序序紧紧密密联联系系的的，因因此此操操作作系系统统必必需需把把对对特特殊殊文文件件的的文文件件操操作作按按设设备备特特性性要要求求转转化化为为对对不不同同设设备备的的I/OI/O操操作。作。4 操作系统 第六章 文件管理按文件的信息流向分类可分为：按文件的信息流向分类可分为：1 1）输输入入文文件件。只只能能读读入入的的文文件件。如如键键盘盘输输入入、纸纸带带输输入入、读卡机、只读存储器、只读光盘中的文件。读卡机、只读存储器、只读光盘中的文件。2 2）输出文件。只能写的文件。如穿孔机、打印机上的文件。）输出文件。只能写的文件。如穿孔机、打印机上的文件。3 3）输输入入输输出出文文件件。既既可可读读，又又可可写写的的文文件件。如如磁磁盘盘、磁磁带带和可读写光盘。和可读写光盘。按文件保留要求也可划分为三类：按文件保留要求也可划分为三类：1）临时文件。指保留用户短暂运用的文件，无副本。）临时文件。指保留用户短暂运用的文件，无副本。2）永久文件，指保留用户常常用到的文件，有副本。）永久文件，指保留用户常常用到的文件，有副本。3）档案文件，指只作备份保存起来的文件，以备查证和复）档案文件，指只作备份保存起来的文件，以备查证和复原用。原用。5 操作系统 第六章 文件管理四、文件系统文件系统：操作系统中负责管理文件的机构。文件系统：操作系统中负责管理文件的机构。文件系统负责文件的创立，撤消，读写，修改，复制文件系统负责文件的创立，撤消，读写，修改，复制和存取限制等，并管理存放文件的各种资源。和存取限制等，并管理存放文件的各种资源。文件系统的功能：1）实现文件名到文件空间的映射。2）实现文件存储空间的安排与回收。3）实现文件书目的操作管理。4）供应文件的共享以及爱护与保密措施。5）实现用户要求的各种文件操作。6 操作系统 第六章 文件管理文文件件系系统统的的功功能能可可以以从从两两个个方方面面来来看看：用用户户运运用用角角度度和和系系统管理角度。统管理角度。从从用用户户运运用用角角度度，文文件件系系统统主主要要实实现现了了信信息息的的“按按名名存取存取”(”(文件系统的外部特征）。文件系统的外部特征）。从系统管理角度，文件系统主要实现了文件存储器存储从系统管理角度，文件系统主要实现了文件存储器存储空间的组织安排，文件信息的存储，并对存入的文件进行爱空间的组织安排，文件信息的存储，并对存入的文件进行爱护和检索护和检索(文件系统的内部特征）。文件系统的内部特征）。当当用用户户要要求求系系统统保保存存一一个个已已命命名名的的文文件件时时，文文件件系系统统依据确定的格式把该文件存放到文件存储器中适当的地方。依据确定的格式把该文件存放到文件存储器中适当的地方。用用户户须须要要时时，系系统统依依据据用用户户指指定定的的文文件件名名，能能够够从从文件存储器中找出所须要的文件或文件中的某些信息。文件存储器中找出所须要的文件或文件中的某些信息。7 操作系统 第六章 文件管理文件系统主要有如下持点：1）运用便利。用户借助文件名，并供应适当参数即可便利、敏捷地在各种存贮介质上存取和访问限制所需文件。2）平安牢靠。文件系统能供应各种爱护措施，防止对文件信息无意或有意的破坏，并避开由于各种偶然性事故可能造成文件信息的损坏，而且为用户供应了确定的保密措施如对文件加密，以防止用户信息被人“偷窃”。3 3）便于共享。）便于共享。文件系统为用户供应了文件共享功能，使多个用户能共享同文件系统为用户供应了文件共享功能，使多个用户能共享同一文件。一文件。4 4）统一管理。）统一管理。用户可以用统一的虚拟用户可以用统一的虚拟I IO O指令指令(或系统调用或系统调用)来存取各来存取各种存贮介质上的文件。种存贮介质上的文件。8 操作系统 第六章 文件管理6.2 文件的逻辑组织与存取方法一、文件的组织文件的逻辑结构：从用户的观点动身所视察到的文件组织形文件的逻辑结构：从用户的观点动身所视察到的文件组织形式，是用户可以干脆处理的数据及其结构；式，是用户可以干脆处理的数据及其结构；文件的物理结构：从实现观点动身，文件在外存上的存放组文件的物理结构：从实现观点动身，文件在外存上的存放组织形式。织形式。文件的逻辑结构与存储设备无关，但文件的物理结构与文件的逻辑结构与存储设备无关，但文件的物理结构与存储设备的特性有很大关系。存储设备的特性有很大关系。二、文件的逻辑结构和存取方法 文件的逻辑结构可分为两大类：文件的逻辑结构可分为两大类：1 1）有结构文件：）有结构文件：由记录构成的文件，由记录构成的文件，也以记录为单位进行也以记录为单位进行存取。存取。称为称为记录式文件记录式文件；2 2）无结构文件：）无结构文件：由字符流构成的文件，称为由字符流构成的文件，称为流式文件流式文件。9 操作系统 第六章 文件管理变长记录。变长记录。每个记录的长度不等，每个记录的长度不等，文件长度则为各记录长度之和。文件长度则为各记录长度之和。记录式文件中的记录记录式文件中的记录等长记录。等长记录。每个记录的长度都相同每个记录的长度都相同文件的存取方法:文件的存取方法是指：依据文件的逻辑结构存取文件的形式。文件的存取方法是指：依据文件的逻辑结构存取文件的形式。文件的存取方法是由文件的性质和用户运用文件的状况来确文件的存取方法是由文件的性质和用户运用文件的状况来确定的。定的。依据存取的依次关系可分为两类：依次存取和随机存取。依据存取的依次关系可分为两类：依次存取和随机存取。依次存取：依据文件信息的逻辑依次依次进行读写的存取方依次存取：依据文件信息的逻辑依次依次进行读写的存取方法称为依次存取。接受依次存取方法的文件称为依次文件。法称为依次存取。接受依次存取方法的文件称为依次文件。随机存取：是依据记录的编号来干脆存取文件中的随意一个随机存取：是依据记录的编号来干脆存取文件中的随意一个记录，而无需存取其前面的记录；或者是依据存取吩咐把读记录，而无需存取其前面的记录；或者是依据存取吩咐把读写指针移到欲读写信息处。写指针移到欲读写信息处。10 操作系统 第六章 文件管理 主键：只能唯一确定一条记录。主键：只能唯一确定一条记录。键键 次键：能确定一批记录。次键：能确定一批记录。按键存取：是依据给定的键值或记录名来干脆存取纪录式文按键存取：是依据给定的键值或记录名来干脆存取纪录式文件中的记录。件中的记录。11 操作系统 第六章 文件管理6.3 文件的物理结构与存储设备文件的物理结构：是指一个逻辑文件在物理存储器上的存储文件的物理结构：是指一个逻辑文件在物理存储器上的存储结构形式。它与文件的存取方法以及文件存储器的特性是亲结构形式。它与文件的存取方法以及文件存储器的特性是亲密相关的，是由操作系统给定的。密相关的，是由操作系统给定的。卷：存储介质的物理单位。卷：存储介质的物理单位。物理块：文件的存储设备通常划分为大小相等的物理块，物物理块：文件的存储设备通常划分为大小相等的物理块，物理块是安排和传输信息的基本单位。物理块的大小与设备有理块是安排和传输信息的基本单位。物理块的大小与设备有关，但与逻辑记录的大小无关。关，但与逻辑记录的大小无关。文件的物理结构：存储文件信息的物理块的组织形式。文件的物理结构：存储文件信息的物理块的组织形式。常用的文件物理组织方式：常用的文件物理组织方式：连续文件、连续文件、链接链接文件和文件和索引索引文件。文件。12 操作系统 第六章 文件管理物理块号物理块号一、连续存放方式连续文件连续文件：连续文件：把逻辑上连续的文件信息存放到依次连续的物理把逻辑上连续的文件信息存放到依次连续的物理块中。这样组织的文件称为连续文件。块中。这样组织的文件称为连续文件。优点：结构简洁，存取速度比较快。缺点：1）文件存储器的存储空间存在着一些）文件存储器的存储空间存在着一些“零头零头”，而而 不能有效地加以利用。不能有效地加以利用。2）在建立文件时必需确定好文件长度；）在建立文件时必需确定好文件长度；3）不能动态增长；）不能动态增长；13 操作系统 第六章 文件管理 二、链接块存放方式串联文件 是将文件存放在外存的若干个不连续的物理块中，每一是将文件存放在外存的若干个不连续的物理块中，每一个物理块中设有一个指针，指向下一个物理块的位置，从而个物理块中设有一个指针，指向下一个物理块的位置，从而使得存放同一个文件的物理块链接起来。使得存放同一个文件的物理块链接起来。优点：不存在碎片问题，存储空间利用率较高，便于文件不存在碎片问题，存储空间利用率较高，便于文件的动态增长。的动态增长。缺点：1）只能依次访问，因而查找效率较低。2）链接字占空间。14 操作系统 第六章 文件管理三、索引结构基本思想：基本思想：将文件存放在外存的若干个物理块中，系统为每将文件存放在外存的若干个物理块中，系统为每个文件建立一个个文件建立一个索引表索引表，索引表中的每个表目存放文件信息，索引表中的每个表目存放文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。15 操作系统 第六章 文件管理 在对索引文件进行检索时，先从在对索引文件进行检索时，先从FCBFCB中读出索引表始址，中读出索引表始址，然后从索引表中找到指定关键字所对应的索引项，依据其中然后从索引表中找到指定关键字所对应的索引项，依据其中的物理地址读出所要的记录。的物理地址读出所要的记录。文件限制块，存放文文件限制块，存放文件的属性件的属性多重间接索引 将索引表本身作为一个文件，再为其建立一个索引表，这个索引表作为文件索引的索引，由此构成了多重间接索引。第一级索引表的表目指向其次级索引，其次级索引表的表目指向相应信息所在的物理块号。以此类推可逐级建立索引，进而构成多重间接索引。优点：便于随机存取，具有干脆读写随意一个记录的实力，优点：便于随机存取，具有干脆读写随意一个记录的实力，便于文件的增、删、改。便于文件的增、删、改。缺点：增加了索引表的空间开销和查找时间。缺点：增加了索引表的空间开销和查找时间。16 操作系统 第六章 文件管理四、文件存储设备常用的文件存储设备：磁带、磁盘、光盘。常用的文件存储设备：磁带、磁盘、光盘。存储设备的特性确定了文件的存储结构和存取方法。存储设备的特性确定了文件的存储结构和存取方法。第第i块块 第第i+1块块 第第i+2块块2.干脆存取设备干脆存取设备磁盘磁盘旋转方向旋转方向1.依次存取设备依次存取设备磁带。磁带。17 操作系统 第六章 文件管理3.3.文件的存储结构、存取方法和存储设备之间的关系文件的存储结构、存取方法和存储设备之间的关系 存储设备存储设备 磁磁 带带 磁磁 盘盘文件存储结构文件存储结构连连 续续 连续连续 链接链接 索引索引 存取方法存取方法 顺顺 序序顺序、随机顺序、随机 顺序顺序顺序、随机顺序、随机18 操作系统 第六章 文件管理6.4 文件存储空间的管理 在创建一个文件时，存储空间的安排，有两种方案：在创建一个文件时，存储空间的安排，有两种方案：1）安排连续的区域；）安排连续的区域；2）安排不连续的物理块。）安排不连续的物理块。文件存储空间的管理包括：空闲块的组织、安排与回收。文件存储空间的管理包括：空闲块的组织、安排与回收。常见的空闲块管理方法有：空白常见的空闲块管理方法有：空白(闲闲)文件书目、空闲块文件书目、空闲块链和位示图。链和位示图。19 操作系统 第六章 文件管理 将文件存储设备上的每个由多个连续的空闲块组成的空将文件存储设备上的每个由多个连续的空闲块组成的空闲区看作一个空闲文件，系统为全部的空闲文件单独建立一闲区看作一个空闲文件，系统为全部的空闲文件单独建立一个书目称为空闲文件书目，每个空闲文件在这个书目中占一个书目称为空闲文件书目，每个空闲文件在这个书目中占一个表目，记录了空闲文件的第一个空闲块的块号和空闲块的个表目，记录了空闲文件的第一个空闲块的块号和空闲块的数目数目。一、空白(闲)文件书目物理块号物理块号第一个空白块号第一个空白块号空白块个数空白块个数序号序号空白文件目录空白文件目录20 操作系统 第六章 文件管理安排：系统依次扫描空闲文件书目中的各表目，直到找到安排：系统依次扫描空闲文件书目中的各表目，直到找到一个满足要求的空闲区为止。一个满足要求的空闲区为止。回收：系统依次扫描空闲文件书目，找寻相邻空闲区，对回收：系统依次扫描空闲文件书目，找寻相邻空闲区，对该空闲区所对应的表目进行修改，否则找寻一个空表目，该空闲区所对应的表目进行修改，否则找寻一个空表目，将释放区的第一个物理块号和该区域的物理块数填入该空将释放区的第一个物理块号和该区域的物理块数填入该空表目中。表目中。优点：当文件存储空间中只有少数空闲区时效果较好。优点：当文件存储空间中只有少数空闲区时效果较好。缺点：假如存储空间中有大量较小的空闲区时，空闲文件缺点：假如存储空间中有大量较小的空闲区时，空闲文件书目将变得很大，从而大大降低效率。书目将变得很大，从而大大降低效率。空闲文件书目适用于建立连续文件，其安排与内存管空闲文件书目适用于建立连续文件，其安排与内存管理中的动态分区管理方式相像，因此同样可以接受最先适理中的动态分区管理方式相像，因此同样可以接受最先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法来管理。应算法、最佳适应算法、最坏适应算法来管理。21 操作系统 第六章 文件管理二、空闲块链 在文件存储设备上的每个空闲块中设立一个链接指针，在文件存储设备上的每个空闲块中设立一个链接指针，指向下一个空闲块的位置，从而将全部空闲块链接在一起，指向下一个空闲块的位置，从而将全部空闲块链接在一起，并设置一个头指针指向空闲块链的第一个物理块并设置一个头指针指向空闲块链的第一个物理块。安排：从链首取下所需的空闲块，然后调整链首指针。安排：从链首取下所需的空闲块，然后调整链首指针。回收：把释放的空闲块逐个插入空闲块链中。回收：把释放的空闲块逐个插入空闲块链中。优点：安排和回收一个空闲块的过程都特别简洁。优点：安排和回收一个空闲块的过程都特别简洁。缺点：安排和回收时需启动缺点：安排和回收时需启动I/O，系统开销较大。，系统开销较大。改进：接受成组链接法。改进：接受成组链接法。22 操作系统 第六章 文件管理空闲空间链空闲空间链空闲空间链表头空闲空间链表头23 操作系统 第六章 文件管理成组链接法：1、成组链接法的基本原理：成组链接法首先把文件存储设、成组链接法的基本原理：成组链接法首先把文件存储设备中的全部空闲块按每备中的全部空闲块按每50块分为一组，组的划分为从后向前块分为一组，组的划分为从后向前顺次划分。其中，每组的第一块用来存放前一组中各块的块顺次划分。其中，每组的第一块用来存放前一组中各块的块号和空闲块数。第一组的块数为号和空闲块数。第一组的块数为49块。因为最终一组将不足块。因为最终一组将不足50块，所以，该组的块号和和空闲块数只能放在管理文件存块，所以，该组的块号和和空闲块数只能放在管理文件存储设备的文件资源表（专用块）中。储设备的文件资源表（专用块）中。2、成组链接法的安排与回收过程：、成组链接法的安排与回收过程：首先，系统在初启时把文件资源表（专用块）复制到内首先，系统在初启时把文件资源表（专用块）复制到内存，从而使文件资源表中放有最终一组的空闲块号和总块数存，从而使文件资源表中放有最终一组的空闲块号和总块数的堆栈进入内存，使得空闲块的安排和回收可在内存中进行。的堆栈进入内存，使得空闲块的安排和回收可在内存中进行。用语空闲块安排和回收的堆栈有栈指针用语空闲块安排和回收的堆栈有栈指针Ptr，且，且Ptr的初值等的初值等于该组空闲块的总块数。于该组空闲块的总块数。24 操作系统 第六章 文件管理 Ptr 主存主存 41 50 49 10 151 101 51 10 199 149 150 100 50 49 99 51 50 100 99 101 50 150 149 151 50 0 199 10 41 50 49 专用块专用块 10 51 101 151专用块专用块25 操作系统 第六章 文件管理 安排一个空闲块时，依据后进先出的原则，安排程序安排一个空闲块时，依据后进先出的原则，安排程序在取走栈指针在取走栈指针Ptr所指的块号之后，再做所指的块号之后，再做Ptr=Ptr-1的操作。的操作。当堆栈中只剩下最终一个空闲块号时，系统启动设备管理当堆栈中只剩下最终一个空闲块号时，系统启动设备管理程序将该块中存放的下一组的空闲块号与总块数读入内存程序将该块中存放的下一组的空闲块号与总块数读入内存之后再把该块安排给申请者，然后系统重新设置之后再把该块安排给申请者，然后系统重新设置Ptr指针。指针。文件存储设备的最终一个空闲块中设置有尾标识，以指文件存储设备的最终一个空闲块中设置有尾标识，以指示空闲块安排完毕。示空闲块安排完毕。回收一个空闲块时，回收程序先做指针回收一个空闲块时，回收程序先做指针Ptr=Ptr+1的操作，的操作，然后把回收的物理块号放入当前指针然后把回收的物理块号放入当前指针Ptr所指的的位置。假如所指的的位置。假如指针指针Ptr的值等于的值等于50，则表示该组已经回收结束。此时，假如，则表示该组已经回收结束。此时，假如还有新的物理块须要回收的话，回收该块并启动还有新的物理块须要回收的话，回收该块并启动I/O设备管理设备管理程序，把回收的程序，把回收的50个块号与块数写入新回收的块中。然后，个块号与块数写入新回收的块中。然后，将指针将指针Ptr重新设置为重新设置为1，另起一个新组。，另起一个新组。对空闲块的安排和回收必需互斥进行。对空闲块的安排和回收必需互斥进行。26 操作系统 第六章 文件管理三、位示图位示图：反映整个存储空间的安排状况。其中每一个字的每位示图：反映整个存储空间的安排状况。其中每一个字的每一位都对应一个物理块。图中一位都对应一个物理块。图中“1”表示对应的块已安排，表示对应的块已安排，“0”表示其对应的块为表示其对应的块为“空白空白”未安排。未安排。27 操作系统 第六章 文件管理 优点：位示图尺寸是固定的，通常比较小，可以放在主存优点：位示图尺寸是固定的，通常比较小，可以放在主存中。因而文件存储空间的安排和回收工作可以高速地进行。中。因而文件存储空间的安排和回收工作可以高速地进行。缺点：须要将位示图中的字值数换算成相应的物理块号。缺点：须要将位示图中的字值数换算成相应的物理块号。28 操作系统 第六章 文件管理6.5 文件书目管理一、文件书目项和内容文件书目项：用来保存一个文件的文件名、物理位置及其文件书目项：用来保存一个文件的文件名、物理位置及其它有关文件的说明信息与限制信息的数据结构称为文件书它有关文件的说明信息与限制信息的数据结构称为文件书目项（或文件限制块），通常记为目项（或文件限制块），通常记为FCB。文件的书目项包括以下几方面的内容：文件的书目项包括以下几方面的内容：1）文件名。由用户赐予文件的标识符。）文件名。由用户赐予文件的标识符。2）文件的逻辑结构。记录是否定长、记录长度、记录个数；）文件的逻辑结构。记录是否定长、记录长度、记录个数；29 操作系统 第六章 文件管理 3）文件在外存的物理位置。文件在外存的物理位置。对于连续结构和链接结构，只对于连续结构和链接结构，只要登记文件的起始块号和指向文件第一个物理块的指针。对要登记文件的起始块号和指向文件第一个物理块的指针。对于索引结构要登记该文件索引表的首址。于索引结构要登记该文件索引表的首址。4）存取限制信息。文件主本人具有的存取权限，核准的其）存取限制信息。文件主本人具有的存取权限，核准的其它用户名及相应的存取权限。它用户名及相应的存取权限。5）文件管理信息。文件建立的日期和时间；上一次存取的）文件管理信息。文件建立的日期和时间；上一次存取的日期和时间；要求文件保留的时间。日期和时间；要求文件保留的时间。6）文件的类型。指明文件的类型，如系统文件，用户文件，）文件的类型。指明文件的类型，如系统文件，用户文件，书目文件等。书目文件等。30 操作系统 第六章 文件管理31 操作系统 第六章 文件管理文件书目：文件书目项的有序集合称为文件书目。文件书目：文件书目项的有序集合称为文件书目。书目文件：假如一个文件的内容为文件书目，则该文件称书目文件：假如一个文件的内容为文件书目，则该文件称为书目文件。为书目文件。二、文件书目和书目文件三、文件书目结构1.一级书目结构：在整个系统中只建立一张书目表，为每个一级书目结构：在整个系统中只建立一张书目表，为每个文件安排一个书目项。文件安排一个书目项。2.查找文件：文件名查找文件：文件名3.优点：简洁，适用于单用户系统或容量较小的存储介质。优点：简洁，适用于单用户系统或容量较小的存储介质。4.缺点：查找速度慢，不允许重名、不便于实现文件的共享。缺点：查找速度慢，不允许重名、不便于实现文件的共享。32 操作系统 第六章 文件管理一级文件目录一级文件目录其他其他文件名文件名物理地址物理地址33 操作系统 第六章 文件管理2.二级书目结构二级书目结构 当一个新的用户运用文件时，系统在主书目中开拓一项，当一个新的用户运用文件时，系统在主书目中开拓一项，并为用户准备好存放该文件书目的书目区，然后把用户名和并为用户准备好存放该文件书目的书目区，然后把用户名和文件书目区首地址填到主书目中。文件书目区首地址填到主书目中。在二级书目结构中，区分不同的文件除文件名外还有文在二级书目结构中，区分不同的文件除文件名外还有文件的用户名，因此不同的用户可以运用相同的文件名。件的用户名，因此不同的用户可以运用相同的文件名。优点：提高了检索书目的速度，在不同的用户书目中可以运优点：提高了检索书目的速度，在不同的用户书目中可以运用相同的文件名；不同用户可以运用不同的文件名来访问系用相同的文件名；不同用户可以运用不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。统中的同一个共享文件。目录目录主目录：主目录：由用户名和用户文件目录首地址组成；由用户名和用户文件目录首地址组成；用户文件目录：用户文件目录：登记相应的用户文件的目录项。登记相应的用户文件的目录项。查找文件：用户名查找文件：用户名文件名文件名34 操作系统 第六章 文件管理35 操作系统 第六章 文件管理3.多级文件书目多级文件书目(树形文件书目树形文件书目)多级书目结构：由根书目和各级书目组成。除根书目，其多级书目结构：由根书目和各级书目组成。除根书目，其它各级书目均以文件的形式组成书目文件，根书目中的每它各级书目均以文件的形式组成书目文件，根书目中的每个书目项可以对应一个书目文件，也可以对应一个数据文个书目项可以对应一个书目文件，也可以对应一个数据文件，同样书目文件中的每个书目项可以对应一个书目文件，件，同样书目文件中的每个书目项可以对应一个书目文件，也可以对应一个数据文件。如此类推，形成多级书目结构。也可以对应一个数据文件。如此类推，形成多级书目结构。也称树形书目结构。也称树形书目结构。将根书目称为根结点，把各级书目文件称中间结点，将根书目称为根结点，把各级书目文件称中间结点，用方框表示。数据文件称为叶结点，用圆圈表示。用方框表示。数据文件称为叶结点，用圆圈表示。36 操作系统 第六章 文件管理37 操作系统 第六章 文件管理路径名：在多级书目结构中一个文件的唯一标识不再是文件路径名：在多级书目结构中一个文件的唯一标识不再是文件名，而是从根结点起先，经过一个或多个中间结点到达某个名，而是从根结点起先，经过一个或多个中间结点到达某个叶结点的一条路径。称这条路径为文件的路径名，它是文件叶结点的一条路径。称这条路径为文件的路径名，它是文件的唯一标识。的唯一标识。查找文件：文件路径名查找文件：文件路径名确定路径确定路径工作书目（当前书目、值班书目）工作书目（当前书目、值班书目）相对路径相对路径优点：层次清晰，检索速度快、效率高，允许不同子书目优点：层次清晰，检索速度快、效率高，允许不同子书目下的文件重名，便于实现文件共享。下的文件重名，便于实现文件共享。38 操作系统 第六章 文件管理确定路径：确定路径：BEJBEJ当前书目：当前书目：E E当前书目：当前书目：E E相对路径：相对路径：J J当前书目：当前书目：当前书目：当前书目：相对路径：相对路径：BEJBEJ39 操作系统 第六章 文件管理6.6 共享与平安一、文件的共享文件的共享：指不同用户共同运用某些文件。文件的共享：指不同用户共同运用某些文件。文件的共享可以节约大量的辅存空间和主存空间，削减输入文件的共享可以节约大量的辅存空间和主存空间，削减输入输出操作，为用户间的合作供应便利条件。输出操作，为用户间的合作供应便利条件。1.1.绕道法绕道法 系统允许每个用户获得一系统允许每个用户获得一“当前书目当前书目”，用户访问，用户访问的全部文件都对应于当前书目。当所访问的文件不在当前的全部文件都对应于当前书目。当所访问的文件不在当前书目时，用户从当前书目动身向上返回到与所要共享文件书目时，用户从当前书目动身向上返回到与所要共享文件所在路径的交叉点，再依次下访到共享文件。所在路径的交叉点，再依次下访到共享文件。实现文件共享的方法：40 操作系统 第六章 文件管理2.2.链接法链接法 在相应的书目项之间进行链接，将一个书目中的书目在相应的书目项之间进行链接，将一个书目中的书目项干脆指向另一个书目中的书目项。项干脆指向另一个书目中的书目项。41 操作系统 第六章 文件管理3.3.基本文件书目（基本文件书目（BFDBFD）和符号文件书目（）和符号文件书目（SFDSFD）假如一个用户要共享另一个用户的文件，则只要在这假如一个用户要共享另一个用户的文件，则只要在这个共享用户的个共享用户的SFDSFD中增加一个表目，并在其中填上该用户所中增加一个表目，并在其中填上该用户所用的符号名及该共享文件的内部标识符（用的符号名及该共享文件的内部标识符（IDID）。）。ID物理块号物理块号021345678 空闲文件目录空闲文件目录Wang3Zhang4w.c8f.c6Sub-d7a.c5b.c6主目录主目录(MFD)ID Wang的的SFD ID Zhang的的SFD ID Sub-d的的SFD ID a.cb.cf.cw.c基本文件目录基本文件目录(BFD)符号文件目录符号文件目录(SFD)42 操作系统 第六章 文件管理1.1.存取限制矩阵（整个系统一张）存取限制矩阵（整个系统一张）2.2.存取限制表（以文件为单位）存取限制表（以文件为单位）3.3.用户权限表（以用户为单位）用户权限表（以用户为单位）二、文件的爱护 文件的爱护是指文件本身须要防止文件的拥有者或其文件的爱护是指文件本身须要防止文件的拥有者或其他用户破坏文件内容。他用户破坏文件内容。文件的共享并不意味着用户可以不加限制地随意运用文件的共享并不意味着用户可以不加限制地随意运用文件，那样，文件的平安性和保密性将无法保证。也就是文件，那样，文件的平安性和保密性将无法保证。也就是说，文件的共享应当是有条件的，是要加以限制的。说，文件的共享应当是有条件的，是要加以限制的。实现文件爱护的方法：43 操作系统 第六章 文件管理1 12 23 34 45 56 61 12 23 34 45 56 6用户用户文件文件001110000111011001101001100011110000000111011111011111100000000011011011101110100100111111011011011011011111缺点：矩阵过于浩大，占据了大量的主存空间缺点：矩阵过于浩大，占据了大量的主存空间,并增加了并增加了扫描时的时间开销。扫描时的时间开销。1.1.存取限制矩阵（整个系统一张）存取限制矩阵（整个系统一张）优点：概念上比较简洁。优点：概念上比较简洁。44 操作系统 第六章 文件管理2.2.存取限制表（以文件为单位）存取限制表（以文件为单位）通常把全部的用户分成三种不同的身份：通常把全部的用户分成三种不同的身份：文件主：文件的建立者；文件主：文件的建立者；伙伴：文件主指定的用户，允许运用这一用户；伙伴：文件主指定的用户，允许运用这一用户；一般用户。一般用户。对文件操作的类型：对文件操作的类型：1）可读（）可读（R）；）；2）可写（）可写（W）；）；3）可执行（）可执行（E）；）；3.3.用户权限表（以用户为单位）用户权限表（以用户为单位）为每一个用户建立一个用户权限表，用于存放该用户为每一个用户建立一个用户权限表，用于存放该用户所要存取的全部文件的存取权限。所要存取的全部文件的存取权限。45 操作系统 第六章 文件管理用户用户文件名文件名存取存取A A组组F1F146 操作系统 第六章 文件管理三、文件的保密 文件的保密是指未经文件拥有者许可，任何用户不得文件的保密是指未经文件拥有者许可，任何用户不得访问该文件。访问该文件。实现文件保密的方法：实现文件保密的方法：1.1.设置口令设置口令 系统口令系统口令 文件口令文件口令优点：优点：容易实现，不会增加更多的容易实现，不会增加更多的“时空时空”开销。开销。缺点：缺点：口令容易被人获取，并且得到口令后的用户，对存口令容易被人获取，并且得到口令后的用户，对存取权限可以不加限制。取权限可以不加限制。接受口令的方法，必需和其它的方法协作运用，系统仅接受口令的方法，必需和其它的方法协作运用，系统仅利用口令来识别访问文件的用户。至于对文件的访问权限的利用口令来识别访问文件的用户。至于对文件的访问权限的限制则接受其它的方法。限制则接受其它的方法。47 操作系统 第六章 文件管理2.2.译成密码译成密码 在用户创建源文件并将文件写入存储设备时对文件进行在用户创建源文件并将文件写入存储设备时对文件进行编码加密，在读出文件时对其进行译码解密。只有能够进行编码加密，在读出文件时对其进行译码解密。只有能够进行译码解密的用户才能正确读出被加密的文件，从而起到文件译码解密的用户才能正确读出被加密的文件，从而起到文件保密的作用。保密的作用。密码技术：密码技术：1）设计密码的技术）设计密码的技术(加密加密)，或称密码表示法；，或称密码表示法；2）破译密码的技术）破译密码的技术(解密解密)，或称密码分析法。，或称密码分析法。48 操作系统 第六章 文件管理6.7 文件的完整性 文件的完整性：是指在系统硬件和软件出现故障的条件下，文件的完整性：是指在系统硬件和软件出现故障的条件下，保证文件信息不被破坏。保证文件信息不被破坏。1）全量转贮。把文件存贮器中的全部文件定期）全量转贮。把文件存贮器中的全部文件定期(每周一次每周一次)复制到磁盘或磁带上，一旦系统出现故障破坏了文件信息，复制到磁盘或磁带上，一旦系统出现故障破坏了文件信息，便可复原。便可复原。2）增量转贮）增量转贮。每隔一段时间，把上次转储以来修改过的。每隔一段时间，把上次转储以来修改过的文件和新增加的文件转贮到磁盘磁带上，关键性的重要文文件和新增加的文件转贮到磁盘磁带上，关键性的重要文件亦可再次转储。件亦可再次转储。49 操作系统 第六章 文件管理6.8 文件的运用 文文件件系系统统以以系系统统调调用用的的方方式式，为为用用户户供供应应服服务务。用用户户可可以以通通过过这这些些系系统统调调用用便便利利而而有有效效地地运运用用和和限限制制文文件件。这这些些系系统统调调用用包包括括：建建立立文文件件、打打开开文文件件、关关闭闭文文件件、读读文文件件、写写文件和撤消文件等最基本的文件操作吩咐。文件和撤消文件等最基本的文件操作吩咐。1 1建立文件建立文件-登记文件登记文件 当当用用户户想想把把一一批批信信息息作作为为文文件件保保存存时时，可可用用此此吩吩咐咐向向系系统提出建立文件的恳求。统提出建立文件的恳求。当建立新文件时：当建立新文件时：1 1）系统为新文件安排必要的外存空间；）系统为新文件安排必要的外存空间；2 2）在在文文件件系系统统的的书书目目中中为为该该文文件件建建立立一一个个书书目目项项，书书目项中记录新文件的文件名及其在外存的地址等属性。目项中记录新文件的文件名及其在外存的地址等属性。一、文件的基本操作50 操作系统 第六章 文件管理2.撤消文件-回收系统资源 当一个文件不再运用时，可用此吩咐将文件删除。删除文件时：1）系统从文件书目中找到要删除文件的书目项，使之成为空闲书目项；2）回收该文件所占用的存储空间。3打开文件-节约文件的操作时间,验证合法性 为了避开用户在每次访问文件时从外存中查找文件书目，以节约文件的操作时间,系统供应了打开文件吩咐。打开文件吩咐的功能：将待访问文件的书目信息读入内存活动文件表中，以建立起用户和文件的联系。在有些系统中，也可以通过读写吩咐隐