文件管理

目前计算机内存的容量依然有限并且其特性决定了数据无法长时间保存因此把执行的数据以文件形式保存在外存中等到需要使用时再调入内存。

所以操作系统中需要增加一个文件管理系统用于对文件的保存、读取保护、共享等功能。

文件系统五大功能

文件存储空间管理、分配与回收文件目录管理实现逻辑文件到物理文件的转换和映射实现对文件的各种控制操作和存取操作实现文件信息的共享以及文件保密、保护措施

1.2

基本数据项用于描述一个对象的某种属性的值如姓名等是数据中可命名的最小逻辑数据单位原子数据组合数据项由多个基本数据项组成

2.记录记录是一组相关的数据项集合用于描述一个对象在某方面的属性如某一人员信息表包括姓名、性别、电话等信息3.文件文件是指由创建者所定义的一组相关信息的集合逻辑上分为有结构文件和无结构文件。

在有结构文件中文件由一组相似的记录组成如某个班级的学生信息表。

而无结构文件则被视为字符流。

1.3

文件具有一定的属性系统不同属性也会有所不同文件属性包括了文件名、标识符、类型、位置、大小、创建时间等信息。

1.4

系统文件如内核、系统程序等只允许用户执行无法读写和修改。

库文件只允许读和执行如C子程序库。

用户文件由用户建立的文件如源程序、目标程序和数据文件等。

只允许文件所有者和所有者授权用户使用。

保存期限

临时文件记有临时性信息的文件。

用于系统在工作过程中产生的中间文件一般有暂存的目录。

正常工作情况下工作完毕会自动删除一旦有异常情况往往会残留不少临时文件。

永久性文件其信息需要长期保存的文件。

指一般受系统管理的各种系统和用户文件经过安装或编辑、

编译生成的文件存放在软盘、硬盘或光盘等外存上。

档案文件系统或一些实用工具软件包在工作过程中记录在案的文档资料文件以便查阅历史档案。

按文件中数据形式

源文件由源程序和数据构成的文件。

通常由终端或输入设备输入的源程序和数据所形成的文件都属于源文件。

目标文件源文件被目标语言的编译器进行编译后但并未链接到内存中的文件。

可执行文件编译后的代码进行链接程序后形成的文件。

按存取控制属性分类

只执行文件只允许被核准的用户调用执行无法读写。

只读文件只允许文件主及被核准的用户读无法写入。

读写文件允许文件主和被核准的用户区读或写的文件。

无保护文件

2.1

在外存中找到文件所需空间根据文件存放路径的信息找到该文件在项。

目录项中包含文件名、文件在外存中存放的位置信息。

2.2

根据文件中找到文件名对应的项记录的文件在外存的存放位置、文件大小等信息回收文件占用的磁盘。

从项

2.3

根据文件存放路径查找相应的中找到文件名对应的项复制到内存中“打开文件表”中。

并将对应表目的编号返回给客户。

之后用户使用打开文件表的编号来指明要操作的文件。

2.4

将进程的打开文件表相应表项删除回收分配给该文件的内存空间等资源系统打开文件表的计数器减一

2.5

在进行文件读取操作时需要指明是哪个文件和读入的数据量、读入数据存放的位置。

操作系统在读取文件时会从读指针指向的外存中将用户指定大小的数据读入用户指定的内存区域中。

2.6

在写文件过程中需要指明是哪个文件以及写入数据、文件存放位置等信息。

操作系统在处理写入时会从用户指定的内存区域中将指定大小的数据写回写指针指向的外存。

2.7

1.用户通过操作系统提供的接口发出操作文件的请求用户接口2.由于用户提供文件存放路径因此需要操作系统逐层查找项文件目录系统3.不同的用户对文件由不同操作权限为保证安全需要检查用户是否有访问权限存取控制模块4.验证用户的访问权限后需要把用户提供的“记录号”转为逻辑地址逻辑文件系统与文件信息缓冲区5.明确目标记录对应的逻辑地址后需要转为物理地址物理文件系统6.删除记录后会对磁盘发出请求设备管理程序7.删除记录后会有磁盘空间剩余需要将剩余空间回收辅助分配模块

3.文件逻辑结构

想要深入了解文件就需要了解它的逻辑结构文件的逻辑结构是从用户观点出发看到文件的组织形式不同于文件的物理结构是从实现观点出发看到的文件在外存上的存储组织形式与存储介质的特性有很大关系。

文件结构大致可分为无结构文件和有结构文件接下来将一一讲解。

3.1

无结构文件即一系列二进制流或字符流组成的文件又称为流式文件。

如在Windows中的.txt文件。

3.2

有结构文件又称为记录式文件每条记录又由若干数据项组成如一张学生信息表。

根据表中各个记录长度来判断可以分为定长记录和可变记录。

接下来讲解有结构文件的组织方式

3.2.1

顺序文件即在逻辑上文件中的记录一个接一个地顺序排列其中记录可以是定长也可以是可变。

各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。

3.2.2

索引文件自身是定长记录的顺序文件由于记录长度固定因此可以快速找到记录对应的索引项。

一般来说索引文件会将关键字作为索引内容按照关键字进行折半查找。

由于索引速度较快因此索引文件的内容修改速度较快因此该种类文件适合对信息处理和及时性要求比较高的场景。

3.2.3

即索引文件和顺序文件的结合。

在该类文件中同样会创建一张索引表文件中的每组记录会对应一个表项。

4.文件物理结构外存分配

文件的物理结构即文件数据在物理存储设备上如何分配和组织的是从实现观点出发看到的文件在外存上的存储组织形式与存储介质的特性有很大关系。

以下是文件外存分配的介绍

4.1

连续分配要求每个我呢间在磁盘上占有一组连续的块。

在读取某个磁盘块时需要移动磁头。

访问的两个块相距越远磁头移动时间越长。

因此连续分配在顺序读/写时速度最快但不方便文件拓展会产生磁盘碎片。

优点支持顺序访问和随机访问连续分配文件在顺序访问时速度最快缺点不方便文件拓展存储空间利用率低容易产生碎片。

4.2

除我呢间的最后一个盘块之外每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。

文件目录包括文件第一块的指针和最后一块指针。

优点方便文件拓展不会产生磁盘碎片磁盘空间利用率高。

缺点只支持顺序访问不支持随机访问查找效率低指向下一个盘块的指针需要耗费少量存储空间。

4.2.2

把用于链接文件个物理块的指针显式地放在一张表中即文件分配表FAT。

一个磁盘只会建立一张文件分配表。

开机时文件分配表放入内存并常驻内存

方便文件拓展无磁盘碎片问题磁盘空间利用率高且支持随机访问。

相比于隐式链接地址转换时不需要访问磁盘文件访问效率高。

缺点文件分配表需要占用一定存储空间。

4.3

索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中系统会为每个文件建立一张索引表索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块。

索引表存放的磁盘块为索引块。

文件数据存放的区域为数据块。

4.3.1

缺点若文件较大索引表会很长此时需要将多个索引块链接起来使得查找效率低下。

4.3.2

建立索引时使第一层索引块指向第二层索引块。

也可根据文件大小建立更多索引层。

采用K层索引结构且顶级索引表未调入内存访问一个数据库只需要K1次读操作。

4.3.3

多种索引方式组合。

如一个顶级索引表中包含了直接地址索引和多级间接索引。

5.文件目录

文件系统与文件中包含看文件相关信息如属性、位置、所有权等。

对用户来说需要实现按名存取。

同时的检索速度。

本节将讲解目录的结构和实现。

5.1

由于早期的操作系统不支持多级表每个文件占用一个实现了“按名存取”但是不允许文件重名。

因此该类型目录并不适合多用户操作系统。

5.2.2

双级和用户文件用于记录用户名及相应用户文件中则存放对应用户的文件信息。

此时用户可以存储同名文件单实质上是两个不同文件。

两级目录虽然可以实现同名文件存储但仍缺乏灵活性。

5.2.3

多级结构。

用户要访问某个文件时需要用文件路径名标识文件文件路径则为一串字符各级触发。

5.2.4

在树形称为一个有向无环图。

可以更方便地实现对个用户间的文件共享。