清华大学出版社 第7章文件系统 7.1文件系统的概念 7.2文件的逻辑结构与存取方法 73文件的物理结构与存储设备 74文件存储空间管理 75文件目录管理 76文件存取控制 77文件的使用 78文件系统的层次模型 本章小结 习题
第7章 文件系统 7.1 文件系统的概念 7.2 文件的逻辑结构与存取方法 7.3 文件的物理结构与存储设备 7.4 文件存储空间管理 7.5 文件目录管理 7.6 文件存取控制 7.7 文件的使用 7.8 文件系统的层次模型 本章小结 习题
清华大学出版社 000000 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 对大多数用户来说,文件系统是操作系统中最直接 可见的部分。计算机的重要作用之一就是能快速处 理大量信息从而信息的组织、存取和保管就成为 个极为重要的内容。文件系统是计算机组织、存 取和保存信息的重要手段。本章主要讨论文件的组 织结构、存取结构、保护以及文件系统空间管理等 问题
对大多数用户来说，文件系统是操作系统中最直接 可见的部分。计算机的重要作用之一就是能快速处 理大量信息,从而,信息的组织、存取和保管就成为 一个极为重要的内容。文件系统是计算机组织、存 取和保存信息的重要手段。本章主要讨论文件的组 织结构、存取结构、保护以及文件系统空间管理等
清华大学出版社 000000 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 71文件系统的概念 1.文件系统的引入 操作系统对计算机的管理包括两个方面:硬件资源 的管理和软件资源的管理。硬件资源的管理包括 CPU的管理、存储器的管理、设备管理等,主要 解决硬件资源的有效和合理利用问题。软件资源的 管理则包括对各种系统程序(包括操作系统本身的 程序)、系统应用程序或工具(例如编辑程序、编 译程序等)、库函数及各种用户程序和数据的管理 图71给出了资源管理的分类图
7.1 文件系统的概念 1. 文件系统的引入 操作系统对计算机的管理包括两个方面：硬件资源 的管理和软件资源的管理。硬件资源的管理包括 CPU 的管理、存储器的管理、设备管理等，主要 解决硬件资源的有效和合理利用问题。软件资源的 管理则包括对各种系统程序（包括操作系统本身的 程序）、系统应用程序或工具（例如编辑程序、编 译程序等）、库函数及各种用户程序和数据的管理。 图7.1给出了资源管理的分类图
清华大学出版社 000000 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS CPU 硬件资源<一存储器 设备等 对计算机资源管理 系统程序 系统应用程序 教件资源 库函数 用户应用程序等 图71操作系统的软硬件管理 显然,用户使用计算机来完成自己的某件任务时, 要碰到下列问题
图7.1 操作系统的软硬件管理 显然，用户使用计算机来完成自己的某件任务时， 要碰到下列问题：
清华大学出版社 000000 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS (1)使用现有的软件资源来协助完成自己的任务。例 如,编辑、编译及链接程序来生成目标代码;利 用系统调用库函数与实用程序来减少编程工作,避 开与硬件有关的部分等。 (2)编制完成的或未完成的程序存放在什么地方需要 访问的数据存放在什么地方,从而使得人们可以再 利用已有的软件资源。 事实上,这两个问题是一个怎样对软件资源(程序 和数据)进行透明存放,并能令这些程序和数据做 到召之即来的问题。在早期的计算机系统中,由于 硬件资源的限制,只能用卡片或纸带来存放程序或 数据。这些卡片和纸带都分别编号存放,当用户需 要使用它们时,再把这些卡片和纸带放在读卡机上 输入计算机
(1) 使用现有的软件资源来协助完成自己的任务。 例 如， 编辑、 编译及链接程序来生成目标代码； 利 用系统调用库函数与实用程序来减少编程工作, 避 开与硬件有关的部分等。 (2) 编制完成的或未完成的程序存放在什么地方,需要 访问的数据存放在什么地方，从而使得人们可以再 利用已有的软件资源。 事实上，这两个问题是一个怎样对软件资源（程序 和数据）进行透明存放，并能令这些程序和数据做 到召之即来的问题。在早期的计算机系统中，由于 硬件资源的限制，只能用卡片或纸带来存放程序或 数据。这些卡片和纸带都分别编号存放，当用户需 要使用它们时，再把这些卡片和纸带放在读卡机上 输入计算机
清华大学出版社 000000 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 显然,这些人工干预的控制和保存软件资源的方法 不可能做到透明存取,极大地限制了计算机的处理 能力和CPU等计算机硬件的利用率。 大容量直接存取的磁盘存储器以及顺序存取的磁带 存储器等的出现,为程序和数据等软件资源的透明 存取提供了物质基础。这导致了对软件资源管理质 的飞跃——文件系统的出现。文件系统把相应的程 序和数据看作文件,并把它们存放在磁盘或磁带等 大容量存储介质上,从而做到对程序和数据的透明 存取。这里,透明存取是指不必了解文件存放的物 理结构和查找方法等与存取介质有关的部分,只需 给定一个代表某段程序或数据的文件名,文件系统 就会自动地完成对与给定文件名相对应文件的有关 操作
显然，这些人工干预的控制和保存软件资源的方法 不可能做到透明存取，极大地限制了计算机的处理 能力和 CPU等计算机硬件的利用率。 大容量直接存取的磁盘存储器以及顺序存取的磁带 存储器等的出现，为程序和数据等软件资源的透明 存取提供了物质基础。这导致了对软件资源管理质 的飞跃——文件系统的出现。文件系统把相应的程 序和数据看作文件，并把它们存放在磁盘或磁带等 大容量存储介质上，从而做到对程序和数据的透明 存取。这里，透明存取是指不必了解文件存放的物 理结构和查找方法等与存取介质有关的部分，只需 给定一个代表某段程序或数据的文件名，文件系统 就会自动地完成对与给定文件名相对应文件的有关 操作
清华大学出版社 000000 INGHUA UNIVERSITY PRESS 文件系统必须完成下列工作: (1)为了合理的存放文件,必需对磁盘等辅助存储器 空间(或称文件空间)进行统一管理。在用户创建 新文件时为其分配空闲区,而在用户删除或修改某 个文件时,回收和调整存储区。 (2)为了实现按名存取,需要有一个用户可见的文件 逻辑结构,用户按照文件逻辑结构所给定的方式进 行信息的存取和加工。这种逻辑结构是独立于物理 存储设备的。 (3)为了便于存放和加工信息,文件在存储设备上应 按一定的顺序存放。这种存放方式被称为文件的物 理结构。 (4)完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。 (5)完成文件的共享和提供保护功能
文件系统必须完成下列工作： (1) 为了合理的存放文件，必需对磁盘等辅助存储器 空间 (或称文件空间) 进行统一管理。在用户创建 新文件时为其分配空闲区，而在用户删除或修改某 个文件时,回收和调整存储区。 (2) 为了实现按名存取，需要有一个用户可见的文件 逻辑结构，用户按照文件逻辑结构所给定的方式进 行信息的存取和加工。这种逻辑结构是独立于物理 存储设备的。 (3) 为了便于存放和加工信息，文件在存储设备上应 按一定的顺序存放。这种存放方式被称为文件的物 理结构。 (4) 完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。 (5) 完成文件的共享和提供保护功能
2文件与文件系统的概念 UNIVERSITY PRES (1)文件 上面已说过,文件是一段程序或数据的集合。这是 种较为模糊的说法。在计算机系统中,文件被解 释为一组赋名的相关联字符流的集合,或者是相关 联记录(一个有意义的信息单位)的集合。 文件的两种解释定义了两种文件形式。赋名的字符 流文件是一种无结构文件或流式文件。目前常用的 操作系统,例如UNIX操作系统,MS-DOS等均采 用无结构文件形式。无结构文件由于采用字符流方 式,与源程序、目标代码等在形式上是一致的,因 此,该方式适用于源程序、目标代码等文件。由相 关联记录组成的文件中的有些基本信息单位是记录。 记录是由N(N>1)个字节组成的具有特定意义的 信息单位。记录式文件主要用于信息管理
2. 文件与文件系统的概念 (1) 文件 上面已说过，文件是一段程序或数据的集合。这是 一种较为模糊的说法。在计算机系统中，文件被解 释为一组赋名的相关联字符流的集合，或者是相关 联记录( 一个有意义的信息单位 )的集合。 文件的两种解释定义了两种文件形式。赋名的字符 流文件是一种无结构文件或流式文件。目前常用的 操作系统，例如 UNIX 操作系统，MS-DOS等均采 用无结构文件形式。无结构文件由于采用字符流方 式，与源程序、目标代码等在形式上是一致的，因 此，该方式适用于源程序、目标代码等文件。由相 关联记录组成的文件中的有些基本信息单位是记录。 记录是由 N (N >1) 个字节组成的具有特定意义的 信息单位。记录式文件主要用于信息管理
清华大学出版社 000000 ERSATY PRESS 在有些操作系统中,从字符流文件的角度出发,设 备也被看作是赋予特殊文件名的文件。从而,系统 可以对设备和文件实施统一管理,以致大大简化设 备管理程序和文件系统的接口设计。 用户文件名由用户给定,它是一个字母数字串,有 些系统规定必须是英文字母打头且允许一些其他的 符号出现在文件名的非打头部分。例如a.out, ccdos. exe均为合法文件名 (2)文件系统 操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件 系统。它负责为用户建立文件,撤消、读写、修改 和复制文件,还负责完成对文件的按名存取和进行 存取控制。 文件系统具有以下特点:
在有些操作系统中，从字符流文件的角度出发，设 备也被看作是赋予特殊文件名的文件。从而，系统 可以对设备和文件实施统一管理，以致大大简化设 备管理程序和文件系统的接口设计。 用户文件名由用户给定，它是一个字母数字串，有 些系统规定必须是英文字母打头且允许一些其他的 符号出现在文件名的非打头部分。例如a.out， ccdos.exe均为合法文件名。 (2) 文件系统 操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件 系统。它负责为用户建立文件，撤消、读写、修改 和复制文件，还负责完成对文件的按名存取和进行 存取控制。 文件系统具有以下特点：
清华大学出版社 000000 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS ①友好的用户接口,用户只对文件进行操作,而不 管文件结构和存放的物理位置 ②对文件按名存取,对用户透明。 ③某些文件可以被多个用户或进程所共享。 ④文件系统大都使用磁盘、磁带和光盘等大容量存 储器作为存储介质,因此,可存储大量信息。 3.文件的分类 在文件系统中,为了有效、方便地管理文件,常常 把文件按其性质和用途等进行分类。 按文件的性质和用途可以分为三类:
① 友好的用户接口，用户只对文件进行操作，而不 管文件结构和存放的物理位置。 ② 对文件按名存取，对用户透明。 ③ 某些文件可以被多个用户或进程所共享。 ④ 文件系统大都使用磁盘、磁带和光盘等大容量存 储器作为存储介质，因此，可存储大量信息。 3. 文件的分类 在文件系统中，为了有效、方便地管理文件，常常 把文件按其性质和用途等进行分类。 按文件的性质和用途可以分为三类：