OSLec18文件系统概述课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,OSLec18,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,OSLec18,*,OSLec18,1,操作系统第十八讲,张涛,OSLec181操作系统第十八讲张涛,OSLec18,2,Review,存储管理的基本概念,分页存储管理,分段,/,段页式存储管理,请求分页存储管理,分区存储管理,虚拟存储,OSLec182Review存储管理的基本概念分页存储管理分,OSLec18,3,本章内容,文件系统概述,文件的结构和存取法,文件目录,文件存储空间的管理,文件系统的使用,文件的共享与保护,OSLec183本章内容文件系统概述文件的结构和存取法文件目,OSLec18,4,文件和文件系统,文件类型,文件系统的基本功能,文件系统概述,文件的结构和存取法,Today we focus on,OSLec184文件和文件系统文件类型文件系统的基本功能文件,OSLec18,5,5.1,文件系统概述,所有的计算机应用程序都要：,存储信息，检索信息,三个基本要求：,能够存储大量的信息,长期保存信息,可以共享信息,解决方法：,把信息以一种单元,即文件的形式存储在磁盘或其他介质上,文件是通过操作系统来管理的,文件的结构，命名，存取，使用，保护和实现方法,OSLec1855.1 文件系统概述 所有的计算机应用程序都,OSLec18,6,两种观点：,用户观点：,文件系统如何呈现在其面前：一个文件由什么组成，如何命名，如何保护文件，可以进行何种操作等等,操作系统观点：,文件目录怎样实现，怎样管理存储空间，文件存储位置，磁盘实际运作方式,(,与设备管理的接口,),，文件系统性能等等,OSLec186两种观点：,OSLec18,7,5.1.1,文件与文件系统,什么是文件？,文件是赋名的信息,(,数据,),项的集合。,文件是赋名有关联的信息单位,(,记录,),的集合。,什么是文件名？,文件的标识符号，一个用来标识文件的有限长度的字符串。,信息项,信息项,.,信息项,.,信息项,编号：,0 1 i n-1,读写指针,OSLec1875.1.1 文件与文件系统什么是文件？信息项,OSLec18,8,文件,一组带标识的在逻辑上有完整意义的信息项的序列，这个标识为文件名,信息项：,构成文件内容的基本单位,长度：,单个字节，或多个字节,文件内容的意义：,由文件的建立者和使用者解释,文件的组成,文件体：,文件本身的信息；,文件说明,：文件存储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、文件存储地址、访问权限、访问时间等；,文件属性：,用一组信息指定文件的类型、操作特性和存取保护等，把这组信息称为文件的属性。,文件的属性一般存放在文件的目录项中。,OSLec188文件一组带标识的在逻辑上有完整意义的信息项的,OSLec18,9,文件系统,什么是文件系统？,操作系统中负责管理相关文件信息的软件机构。,文件系统管理的对象：,（,1,）文件,（,2,）目录,（,3,）磁盘空间,文件系统的组成：,被管理的文件,与文件管理相关的软件,实施文件管理所需的数据结构,OSLec189文件系统什么是文件系统？,OSLec18,10,5.1.2,文件的类型,按照性质和用途分类,系统文件：只能通过系统调用为用户服务；,库文件：允许用户调用但不允许用户修改；,用户文件：用户委托操作系统保存的文件，又分为：,1,）临时文件；,2,）永久文件；,3,）档案文件。,按文件的保护方式分类,只读文件、读写文件、不保护文件,按文件信息的流向,输入文件、输出文件、输入输出文件,按文件的逻辑结构分类,流式文件；记录式文件,OSLec18105.1.2 文件的类型按照性质和用途分类,OSLec18,11,UNIX,系统将文件分为三类：,普通文件：,包含的是用户的信息，一般为,ASCII,或二进制文件,目录文件：,管理文件系统的系统文件,特殊文件,（设备文件，外部设备也看作文件）,字符设备文件：,和输入输出有关，用于模仿串行,I/O,设备，例如终端，打印机，网络等,块设备文件：,模仿磁盘,OSLec1811UNIX系统将文件分为三类：,OSLec18,12,5.1.3,文件系统的基本功能,五个基本功能：,文件的结构及有关存取方法；,文件的目录结构和有关处理,文件存储空间的管理,文件的共享和存取控制,文件操作和使用,OSLec18125.1.3 文件系统的基本功能五个基本功能,OSLec18,13,文件系统的结构和功能元素,OSLec1813文件系统的结构和功能元素,OSLec18,14,文件系统要实现的功能模块,文件的分块存储：,与外存的存储块相配合；,I/O,缓冲和调度：,性能优化；,文件定位：,在外存上查找文件的各个存储块；,外存存储空间管理：,如分配和释放。主要针对可改写的外存如磁盘；,外存设备访问和控制：,包括由设备驱动程序支持的各种基本文件系统如硬盘，软盘，,CD ROM,等。,OSLec1814文件系统要实现的功能模块文件的分块存储：与,OSLec18,15,文件系统的接口,为方便用户使用文件系统，文件系统通常向用户提供两种类型的接口：,(1),命令接口。,这是指作为用户与文件系统交互的接口。用户可通过键盘终端键入命令，取得文件系统的服务。,(2),程序接口。,这是指作为用户程序与文件系统的接口。用户程序可通过系统调用来取得文件系统的服务。,OSLec1815文件系统的接口为方便用户使用文件系统，文件,OSLec18,16,5.2,文件的结构和存取法,文件结构分别从以下观点研究和设计文件的结构和存取方法：,1,）,用户观点,研究用户“思维”中的抽象文件,即逻辑文件。,2,）,系统观点,研究驻留在设备介质的实际文件,即物理文件。,文件系统的重要作用之一：用户逻辑文件和相应设备上的物理文件之间建立映射，实现二者之间的转换。,文件的存取方法是由文件的性质和用户使用文件的要求决定的。,OSLec18165.2 文件的结构和存取法文件结构分别从以,OSLec18,17,5.2.1,文件的逻辑结构,逻辑结构,：从用户角度看文件，研究文件的组织形式,无结构的流式文件,基本信息单位是字节或字，其长度是所含字节的数量。,优点：节省存储空间，无需额外的说明和控制信息。,有结构的记录式文件：,由若干个记录组成，文件中的记录可按顺序编号为记录,1,，记录,2,，,，记录,n,。,定长记录文件：,文件中所有记录的长度相等。文件的长度为记录个数与记录长度的积。,变长记录文件：,文件中的记录长度不相等。文件长度为所有记录长度之和。,OSLec18175.2.1 文件的逻辑结构逻辑结构：从用,OSLec18,18,OSLec1818,OSLec18,19,文件的物理结构,是指文件在物理存储介质上的存储结构。,为了有效的分配文件存储器的空间，通常把它们分成若干块，并以块为单位进行分配和传送，称为,物理块,。而块中的信息称为,物理记录,。,基本的文件物理结构,连续结构,链接结构,索引文件,5.2.2,文件的物理结构,OSLec1819文件的物理结构是指文件在物理存储介质上的存,OSLec18,20,一个逻辑文件的信息存放在存储器上的相邻物理块中，该文件为连续文件，这样结构称为连续结构。,连续结构,OSLec1820一个逻辑文件的信息存放在存储器上的相邻物理,OSLec18,21,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,文件名 始址 块数,count 0 2,tr 14 3,mail 19 6,list 28 4,f 6 2,文件目录,count,f,tr,mail,list,OSLec1821012345678910111213141,OSLec18,22,优点：,顺序存取速度快，所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。知道文件存储的起始块号和文件块数，就可以立即找到所需要的信息。,简单，支持顺序存取和随机存取。,缺点：,在建立连续结构文件时，要求用户给出文件的最大长度，以便系统分配足够的存储空间，但这个有时候难以办到；,不便记录的增删操作，一般只能在末端进行。,连续结构的优缺点,OSLec1822优点：连续结构的优缺点,OSLec18,23,串连结构,链接结构,在每个物理块中设置一指针，指向该文件的下一个物理块号，文件的末尾块存放结束标记“,NULL”,。,OSLec1823串连结构链接结构在每个物理块中设置一指,OSLec18,24,文件名 始址 末址,jeep 9 25,文件目录,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,1,10,16,-1,25,OSLec1824文件名 始址 末址jeep,OSLec18,25,链接结构的优缺点,优点：,文件可以动态扩充，也不必事先提出文件的最大长度。,由于不连续分配，,不存在外部碎片问题，,所以不会造成几块连续区域的浪费。,有利于文件插入和删除,缺点：,存取速度慢，不适于随机存取，,只适合顺序存取，,每块设置链接字破坏物理信息的完整性,链接指针占用一定的空间,OSLec1825链接结构的优缺点优点：,OSLec18,26,链接结构的变形,文件分配表,(,FAT,),将盘块中的链接字按盘块号的顺序集中起来，构成盘文件映射表,/,文件分配表,FAT,。,OSLec1826链接结构的变形文件分配表(FAT),OSLec18,27,FAT,的实例,在,MS-DOS,和,Windows,系统中，文件的物理结构使用的是,FAT,（,File Allocation Table,）结构。,将磁盘空间划分为块，每块大小为扇区的整数倍。在,FAT,文件系统中块称为,簇,一个磁盘分区能分为多少簇则,FAT,就有多少表项,OSLec1827FAT的实例在MS-DOS和Windows,OSLec18,28,思考,什么叫,FAT16,、,FAT32,？,在,FAT16,中一簇最大,64,个扇区，为什,FAT16,能管理的磁盘分区为,2G,？,FAT32,同,FAT16,相比有什么优点？,对于,FAT16,文件系统，若一个磁盘分区的大小为,512M,，问一个簇最少要为多少个扇区？,簇是大点好，还是小点好？,OSLec1828思考什么叫FAT16、FAT32？,OSLec18,29,索引文件,为文件建立一张索引表，每个记录设置一个表项。索引表按记录关键字排序，本身是顺序文件。在对索引文件进行检索的时候，首先按照顺序文件检索方法查找索引表，从中找到相关表项，然后直接访问该记录。,当文件较大的时候，索引表也会较大。如果索引表的大小超过一个物理块，索引表的存取就成为新问题。一种较好的办法是采取间接索引，甚至多重索引。,索引文件既可以满足文件动态增长的要求，也可以较方便和迅速的实现随机存取。既适用顺序存取也适合随机存取。缺点是索引文件本身增加了存储开销，而且多重索引的访问时间开销也较大。,OSLec1829索引文件为文件建立一张索引表，每个记录设置,OSLec18,30,索引文件：,OSLec1830索引文件：,OSLec18,31,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,文件名 索引表地址,文件目录,Jeep 19,9,16,1,10,25,-1,-1,-1,19,OSLec1831012345678910111213141,OSLec18,32,二级索引文件,OSLec1832二级索引文件,OSLec18,33,索引结构的特点,优点：,保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：,即能顺序存取，又能随机存取,满足了文件动态