操作系统原理第九章（文件系统）_文件是指具有(第1空)的若干相关元素的集合。基于文件系统的概念,可以把数据组成分

一、文件系统概念

       1.文件的定义：文件是系统中信息存放的一种组织信息

                               文件是一组具有逻辑意义的若干信息项的集合，并赋予一个文件名让用户存取。

                                信息项可以是字节，可以使某个结构化数据；用户通过读写指针来存取文件的信息项；

       2.文件的分类：

                文件的用途：系统文件，指用操作系统的执行程序和数据组成的文件，这种文件不对用户开放，仅供系统使用；

                                    库文件，系统为用户提供的各种标准函数，标准过程和使用程序等。用户只能使用这些文件，而无权对其进行修改。

                                    用户文件，由用户信息组成的文件，如源程序文件，数据文件等，这些文件的使用和修改均属于用户。

                文件的操作保护：只读文件、只写文件、不保护文件

                文件的性质：普通文件、目录文件、特别文件

        3.文件的属性

                指定文件的类型、操作特性、和存取保护等的一组信息；

                文件属性一般存放在文件的目录项；

               MS-DOS系统中，文件属性占目录项的一个字节（01表示仅读，02表示隐含文件）

二、文件的逻辑结构和存取方法

         1.文件的结构（文件组织）

                   用户观点（逻辑结构）：为用户提供逻辑结构清晰、使用方便的逻辑文件

                                                       强调文件的构成和用户存取方式

                  实现观点（物理结构）：主要研究驻留在存储设别上的文件结构；

                                                       合理利用存储空间，缩短IO存取时间；

         2.文件的逻辑结构：

                 流式文件：特点，信息单位是字或字节，其长度是所含字节的数量；

                                  优点，文件中无需额外的说明和控制信息；节省存储空间；

                                  补充，源程序、可执行程序、库函数等采用；

                                             操作系统中，文件都被看做时流式文件；

                                            文件中任何信息的含义都是由用户级程序解释；

                记录式文件：一种结构化文件，由若干记录组成；若文件中记录的长度相等，为定长记录文件；反之，变长记录文件

                                特点：使用不方便，尤其是变长记录文件；

                                          文件中有说明记录长度的信息，浪费存储空间；

                                          现代操作系统中都取消了记录式文件

       3.文件的存取方法：

                 顺序存取：按文件信息单位排列的顺序依次存取

                                  当打开文件时，文件的读写指针指向第一个信息单位（字节或记录），每存取一个信息，读写指针自动加1，而指向下一个信息。

                 随机存取：直接存取；每次存取操作时必须先确定存取的位置。

                                 特点，对流式文件或定长记录文件比较容易确定存取位置；

                                           对变长记录文件比较麻烦（从首记录开始顺序查询，直到找到要存取的记录为止；建立索引，可作为文件的一部分，也可以单独建立索引文件）

三、文件的物理结构：文件在存储设备上的存储方式

        1.连续文件：文件全部信息连续存放在外存若干个存储快中（磁带上的文件）

                         特点：建立文件时要求用户给出文件最大长度，以便系统为文件分配足够的存储空间，并在相应表格中登记文件的起始位置和长度；

                          优点：简单；支持顺序存取和随机存取；顺序存取速度快；所需磁盘寻道次数和寻道时间最少

                          缺点：文件不易动态增长；预留的空间浪费，重新分配和移动；

                                    不利于文件插入和删除；外部碎片问题（存储压缩技术）

         2.串联文件：非连续结构，文件信息存放在不连续的存储快中，每个存储块由一个指针（next）,指向下一个存放信息的存储块

                          特点：适用于顺序存取，随机存取较为困难；

                           优点：提高了磁盘空间利用率，不存在外部碎片问题；

                                     有利于文件插入和删除；

                                     有利于文件动态扩展；

                          缺点：存取速度慢，不适于随机存取；

                                    链接指针占用一定空间；

                                    可靠性问题，如指针出错；

四、文件分配表（FAT）

       1.将原来分散在存储块中的链接字集中放到一个表中

         表和存储设备对应：表的每个元素按序存放在相应的存储块中的链接字next

         表和文件目录结合使用。文件目录指出文件第一块的位置，其余的由FAT指出。

       2.  特点：FAT要占用存储空间。若盘的容量较大，存储块数目较多，则FAT的表项很多，FAT将占用较多存储空间

                      若存储块有2^N块，则FAT有2^N个元素，每个元素需要Nbit宽

                在进行文件访问时，需要通过FAT来访问文件。若果FAT过大，则内存中可能装不下整个FAT，这样就会造成若要读某块文件信息时，先要到外存中读FAT，影响使用率。

        3.随机文件：文件的信息存放在若干个不连续的物理块中，系统为每个文件建立一个专用的数据结构（索引表），存放这些块的块号；（索引表记录仪文件与磁盘块的对应关系，类似于页表）

                       索引机构在存储中占用了2个区，访问文件时分为两步（索引区，数据区）

                       优点：保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：

                                           既能顺序存取，又能随机存取；满足了文件动态增长、插入删除的要求；充分利用外存空间

                       缺点：索引表本身带来系统开销（如，内外存空间，存取时间）；

        4.为文件分配存储空间的策略

                       静态分配：用户在创建文件时宣布文件大小，OS为其分配相应空间；

                                       优点：适合对连续文件分配空间；适合早期操作系统、实时系统和简单系统；

                                       缺点：用户很难确定文件大小；存在辅存碎片

                      动态分配：建立文件时不分配空间，在写文件时才分配空间

                                     优点：随时可分配，适合串联结构和索引结构；建立文件时不需要知道它的大小

                                      缺点：占用了额外的空间

五、文件存储空间管理：记录当前磁盘的使用情况，创建文件时分配存储空间，删除文件时回收存储空间

        记录磁盘空闲块的方法：

              1.空闲文件目录管理：

                       存储设备上一片连续的空闲区可看做一个特殊的文件：空闲文件            该文件由连续的空闲块组成

                       存储设备上所有空闲文件就代表了存储设备上空闲空间，为这些空闲文件建立一个专门的目录：空闲文件目录

                       空闲文件目录的每一个表项对应一个空闲文件，包括他的第一个空闲块号，以及空闲块个数等重要信息

              2.空闲块链：

                      把存储设备上的所有空闲块链接在一起，当申请者需要空闲块时，分配程序从连接头开始摘取所需要的空闲块，然后调整指针。反之，当回收空闲块时，把释放的空闲块逐个加在链接尾；

              3.位示图：

                       系统首先从内存中划出若干字节，每个bit对应一个存储块使用情况（空闲或是占用）

                           0：空闲                         1：占用

六、文件目录管理：

            1.文件目录：文件名址录，记录文件名和存放地址的目录表

                                 为了对大量文件进行分门别类的管理，提高文件检索的效率，现代操作系统往往将文件的一些属性也记录在目录中；

              目录文件：文件目录以文件形式存放在外存，该文件即为目录文件

               文件目录的功能：将文件名转换成外存物理地址的功能

             2.目录结构：

                      单级目录：最简单的目录结构，全部文件都登记在同一目录中

                                      特点：简单、易于实现和理解；   缺点：查找速度慢，不允许重名、不便于文件共享

                      两级目录：每个用户使用一个相对独立的目录，在所有用户目录的目录上层再建立一层目录来管理各个用户目录

                                      系统允许每个用户有一个子目录（用户目录）；

                                       有效解决了文件重名的问题，不同用户的文件使用相同名字也不会混淆

                       树型目录（多级目录结构）：

                                      如同一颗倒立的树，主目录为树根，又称根目录

                                      每个树枝节点为一个子目录，每片树叶描述一个文件

七、其他

             1.文件全名和路径：

                         文件全名：包括从根目录开始到文件为止通路上所有子目录路径

                                         子目录之间用“\”或“/”隔开；子目录名组成部分又称路径名

                                          每个文件有唯一路径名

                          绝对路径名：根目录到指定目录；                 相对路径名：从当前目录到指定文件

          2.文件的保护：

                    仅执行（E）；仅读（R）；仅写（W）；仅允许在文件尾写（A）；仅允许对文件进行修改（U）；允许改变文件存取权限（C）；允许取消文件（D） 

                     权限可进行适当组合

          3.文件和目录操作：

               文件操作：创建、写、读、文件定位、删除文件、截短文件、属性设置和读取

               目录操作：创建、删除