第5章文件管理 本章讲述内容： 5.1文件的结构： 5.2磁盘存储空间的管理 5.3文件管理与目录结构； 5.4文件的使用
文件的 结构； 第5章 文件管理 5.1 5.2 5.3 本章讲述内容： 5.4 磁盘存储空间的管理 ； 文件管理与目录结构； 文件的使用
5.1文件的结构 。5.1.1文件与文件系统 1.文件 所谓“文件”，是指具有完整逻辑意义的一组相关信息的集合。文件与文件之间用 符号名加以标识，这个符号名被称为“文件名”。文件被存放在大容量的辅助存储器中。 当用户需要使用时，就通过文件名把相应的文件读到内存。 2.文件系统 所谓“文件系统”，是指与文件管理有关的那部分软件、被管理的文件以及管理所 需要的数据结构（如目录、索引表等）的总体。 3.文件的分类 。按文件的性质和用途，可把文件分成：系统文件、用户文件、库文件。 ·按文件的保护性质，可把文件分成：只读文件、读写文件、可执行文件、不保护 文件。 。按照文件的保护期限，可以把文件分成：临时文件、档案文件、永久文件。 ·按照文件的存取方式，可以把文件分成：顺序存取文件、随机存取文件。 。} 按照设备的类型，可以把文件分成：磁盘文件、磁带文件、打印文件。 ·按照文件的逻辑结构，可以把文件分成：流式文件、记录式文件： 按照文件的物理结构，可以把文件分成：连续文件、链接文件、索引文件。 按照文件的内容，可以把文件分成：普通文件、目录文件、特殊文件
按文件的保护性质，可把文件分成：只读文件、读写文件、可执行文件、不保护 文件。 5.1 文件的结构 • 5.1.1 文件与文件系统 1. 文件 所谓“文件”，是指具有完整逻辑意义的一组相关信息的集合。文件与文件之间用 符号名加以标识，这个符号名被称为“文件名”。文件被存放在大容量的辅助存储器中。 当用户需要使用时，就通过文件名把相应的文件读到内存。 2. 文件系统 所谓“文件系统”，是指与文件管理有关的那部分软件、被管理的文件以及管理所 需要的数据结构（如目录、索引表等）的总体。 . 3. 文件的分类 . 按文件的性质和用途，可把文件分成： 系统文件、用户文件、库文件。 . 按照文件的保护期限，可以把文件分成：临时文件、档案文件、永久文件。 . 按照文件的存取方式，可以把文件分成：顺序存取文件、随机存取文件。 . 按照设备的类型，可以把文件分成：磁盘文件、磁带文件、打印文件。 . 按照文件的逻辑结构，可以把文件分成：流式文件、记录式文件。 . 按照文件的物理结构，可以把文件分成 ：连续文件、链接文件、索引文件。 . 按照文件的内容，可以把文件分成 ：普通文件、目录文件、特殊文件
。5.1.2文件的罗辑结构 1.文件的两种组织形式 所谓“文件的结构”，是指以什么样的形式去组织一个文件。用户总是从使用的 角度组织文件，系统总是从存储的角度组织文件。因此，从用户使用角度组织的文件， 称为文件的“逻辑结构”；从系统存储角度组织的文件，称为文件的“物理结构”。 2.文件系统的主要功能 在文件的逻辑结构与相应的物理结构间建立起映射关系，并实现两者间的转换。即 如果用户要使用他文件中的某个信息，那么文件系统就必须根据用户给出的文件名以 及所指的信息，找到这个文件，找到这个文件里的那个信息。 3.文件的两种逻辑结构 ,流式文件：把文件视为有序的字符集合，其内部不再对信息进行组织划分，称这 种文件的逻辑结构为“流式文件”。流式文件以字符为操作对象，适用于进行字符流的 正文处理。 。记录式文件：把文件信息划分成一个个记录，存取以记录为单位进行，称这种文 件的逻辑结构为“记录式文件”。在这种文件中，每个记录顺序编号，称为“记录号” 在记录式文件中，总有一个数据项能够唯一地标识记录，这种数据项称为记录的“主关 键字”。查找文件中的某个记录时，按主关键字去搜索，肯定能够找到。记录中的其他 项被称为“次关键字”。利用次关键字可以对文件中的记录进行分类
记录式文件：把文件信息划分成一个个记录，存取以记录为单位进行，称这种文 件的逻辑结构为“记录式文件”。在这种文件中，每个记录顺序编号，称为“记录号”。 在记录式文件中，总有一个数据项能够唯一地标识记录，这种数据项称为记录的“主关 键字”。查找文件中的某个记录时，按主关键字去搜索，肯定能够找到。记录中的其他 项被称为“次关键字”。利用次关键字可以对文件中的记录进行分类。 流式文件：把文件视为有序的字符集合，其内部不再对信息进行组织划分，称这 种文件的逻辑结构为“流式文件”。流式文件以字符为操作对象，适用于进行字符流的 正文处理。 1. 文件的两种组织形式 . • 5.1.2 文件的逻辑结构 所谓“文件的结构”，是指以什么样的形式去组织一个文件。用户总是从使用的 角度组织文件，系统总是从存储的角度组织文件。因此，从用户使用角度组织的文件， 称为文件的“逻辑结构”；从系统存储角度组织的文件，称为文件的“物理结构”。 2. 文件系统的主要功能 在文件的逻辑结构与相应的物理结构间建立起映射关系，并实现两者间的转换。即 如果用户要使用他文件中的某个信息，那么文件系统就必须根据用户给出的文件名以 及所指的信息，找到这个文件，找到这个文件里的那个信息。 3. 文件的两种逻辑结构
。5.1.3 文件的物理结构 1.文件的物理结构 文件按不同的组织方式存放在辅存上，就得到文件不同的“物理结构”。文件的 物理结构有时也称为文件的“存储结构”。通常是以记录成组的方式把文件存放到辅 存的。即一个辅存块里，可能存放多个逻辑记录，块是辅存与内存之间进行信息传输 的单位。在文件的物理结构里，把块称为一个“物理记录” 2.文件的三种物理结构 扇区号 0 文件：MYFILE 。连续存放：连续文件 用户总是把自己的文件 0 0 信息看作是连续的。若把这 6 种逻辑上连续的文件信息依 2 次存放到辅存连续的物理块 中，那么所涉及的这些物理 3 磁道号 块就构成了该文件的物理结 构。因为这些物理块是连续 4 的，故这种文件的物理结构 14 15 称为“顺序结构”，或“连 续文件
• 5.1.3 文件的物理结构 1. 2. 文件的物理结构 文件的三种物理结构 . 文件按不同的组织方式存放在辅存上，就得到文件不同的“物理结构”。文件的 物理结构有时也称为文件的“存储结构”。通常是以记录成组的方式把文件存放到辅 存的。即一个辅存块里，可能存放多个逻辑记录，块是辅存与内存之间进行信息传输 的单位。在文件的物理结构里，把块称为一个“物理记录”。 连续存放：连续文件 用户总是把自己的文件 信息看作是连续的。若把这 种逻辑上连续的文件信息依 次存放到辅存连续的物理块 中，那么所涉及的这些物理 块就构成了该文件的物理结 构。因为这些物理块是连续 的，故这种文件的物理结构 称为“顺序结构”，或“连 续文件”。 0 0 6 1 2 7 3 4 8 5 6 9 2 3 4 5 0 1 10 11 12 13 14 15 扇区号： 0 1 2 3 0 1 2 3 磁 道 号 1 2 3 4 5 6 文件：MYFILE
。链接块存放：串联文件 若把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，并在每一块里包 含一个指针，指向与它链接的下一块所在的位置，最后一块的指针放上“”，表示文 件的结束。那么这时所涉及的物理块，就是这个用户文件的物理结构。由于这些物理 块是不连续的，逻辑文件信息的连续性通过这些块里的指针表现出来，因此把该文件 的物理结构称为“链接结构”，或“串联文件”。 扇区号 文件：MYFILE 首块指针 (0 0 6 610 ② 0 磁道号 9 14 109 4 4 12 13 14 15 6
. 链接块存放：串联文件 若把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，并在每一块里包 含一个指针，指向与它链接的下一块所在的位置，最后一块的指针放上“-1”，表示文 件的结束。那么这时所涉及的物理块，就是这个用户文件的物理结构。由于这些物理 块是不连续的，逻辑文件信息的连续性通过这些块里的指针表现出来，因此把该文件 的物理结构称为“链接结构”，或“串联文件”。 0 0 6 1 4 5 2 3 6 2 3 4 5 0 1 7 11 12 13 8 15 扇区号： 0 1 2 3 0 1 2 3 磁 道 号 1 2 3 4 5 6 文件：MYFILE 10 9 14 10 9 14 -1 6 首块指针
。索引表存放：索引文件 若把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，系统为每个文件 建立一张索引表，表中按照逻辑记录存放的物理块顺序记录了这些物理块号。那么这 时所涉及的物理块，就是这个用户文件的物理结构。由于这些物理块是不连续的，逻 辑文件信息的连续性通过索引表里记录的物理块的块号反映出来，因此把这个文件的 物理结构称为“索引结构”，或“索引文件” 扇区号： 0 文件：MYFE 0 索引表 0 0 06 1 110 4 29 6 10 ② 314 3 道号 914 10 4 12 13 14 6 6
. 索引表存放：索引文件 若把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，系统为每个文件 建立一张索引表，表中按照逻辑记录存放的物理块顺序记录了这些物理块号。那么这 时所涉及的物理块，就是这个用户文件的物理结构。由于这些物理块是不连续的，逻 辑文件信息的连续性通过索引表里记录的物理块的块号反映出来，因此把这个文件的 物理结构称为“索引结构”，或“索引文件”。 0 0 6 1 4 5 2 3 6 2 3 4 5 0 7 11 12 13 8 15 扇区号： 0 1 2 3 0 1 2 3 磁 道 号 1 2 3 4 5 6 文件：MYFILE 10 9 14 10 9 14 -1 0 6 1 10 2 9 3 14 索引表
。5.1.4文件的存取 。用户访问文件时，可采用顺序存取和随机存取两种方式。 1.顺序存取 。所谓“顺序存取”，即是按照文件记录的排列次序一个接一个地存取。为了存取 第：个记录，必须先通过记录1到记录1。 。由磁带机的物理特性，文件在其上只能采用顺序结构存放，也只能采用顺序存 取的方式对文件进行访问。对于磁盘，文件可以采用顺序结构、链接结构、索引表结 构在其上存放。顺序存取方式对它们都是适用的。 2.随机存取 。所谓“随机存取”，即是可以以任何次序存取文件中的记录，无须先涉及它前面 的记录，只要给出记录号即可。 。对磁带机上的文件，不适宜采用随机存取的方式进行访问；对磁盘上的文件， 如果该文件使用的是链接结构，那么也不适宜采用随机存取的方式进行访问。 3.存储设备、存储结构、存取方式间的关系 存储设备 磁 盘 磁带 存储结构 连续文件 串联文件 索引文件 连续文件 存取方式 顺序、随机 顺序 顺序、随机 顺序
• 5.1.4 文件的存取 1. 顺序存取 由磁带机的物理特性，文件在其上只能采用顺序结构存放，也只能采用顺序存 取的方式对文件进行访问。对于磁盘，文件可以采用顺序结构、链接结构、索引表结 构在其上存放。顺序存取方式对它们都是适用的。 2. 随机存取 用户访问文件时，可采用顺序存取和随机存取两种方式。 对磁带机上的文件，不适宜采用随机存取的方式进行访问；对磁盘上的文件， 如果该文件使用的是链接结构，那么也不适宜采用随机存取的方式进行访问。 存储设备 存储结构 存取方式 磁 盘 磁 带 连续文件 顺序、随机 串联文件 顺序 索引文件 顺序、随机 连续文件 顺序 3. 存储设备、存储结构、存取方式间的关系 . . 所谓“顺序存取”，即是按照文件记录的排列次序一个接一个地存取。为了存取 第i个记录，必须先通过记录1到记录i-1。 . . 所谓“随机存取”，即是可以以任何次序存取文件中的记录，无须先涉及它前面 的记录，只要给出记录号即可。
5.2 磁盘存储空间的管理 5.2.1位示图 1.位示图 具体做法是：为所要管理的磁盘设置一张位示图，其大小由磁盘的总块数决定。位 示图中的每个二进制位与一个磁盘块（假定一个扇区就是一个磁盘块）对应，该位为 “1”,表示对应的块已分配；为“0”，表示对应的块空闲，可以参加分配。 2.相对块号 0位1位2位3位 30位31位 所谓“相对块号”，即是指从0第字[1011 0/1 0/1 0/10/10/1-1个柱面 开始，按柱面和盘面（即磁头）的 第1字 0/10/10/1 0/1 0/1 0/10/1 0/1 顺序对磁盘块进行统一编号。 3.计算公式 0/10/10/1 0/1 0/1 0/10/1 0/1 。字长为m,那么第字第位 第99字 0/10/10/10/m 0/1 0/0/10/1 对应的相对块号k是：k=i×m+j。 .若每个盘面有个扇区，相对块号k。那么求柱面号、磁头号、扇区号的公式为： 柱面号-k/m,磁头号-(%m)/n,扇区号-(k%m)%n 已知柱面号、磁头号、扇区号。求其对应相对块号、字号、 位号的公式为： 相对块号k-柱面号×m+磁头号×nt扇区号，字号-k/m,位号k%m
已知柱面号、磁头号、扇区号。求其对应相对块号、字号、位号的公式为： 相对块号k=柱面号×m+磁头号×n+扇区号，字号=k / m ，位号=k % m 若每个盘面有n个扇区，相对块号k。那么求柱面号、磁头号、扇区号的公式为： 柱面号=k / m，磁头号=(k % m ) / n，扇区号=(k % m) % n 字长为m，那么第i字第j位 对应的相对块号k是：k = i×m + j。 • 5.2.1 位示图 1. 位示图 具体做法是：为所要管理的磁盘设置一张位示图，其大小由磁盘的总块数决定。位 示图中的每个二进制位与一个磁盘块（假定一个扇区就是一个磁盘块）对应，该位为 “1”，表示对应的块已分配；为“0”，表示对应的块空闲，可以参加分配。 2. 相对块号 所谓“相对块号”，即是指从0 开始，按柱面和盘面（即磁头）的 顺序对磁盘块进行统一编号。 5.2 磁盘存储空间的管理 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0位 1位 2位 3位 30位 31位 第0字 第1字 第99字 1个柱面 3. 计算公式 . .
。5.2.2 空闲区表 1.空闲区表 系统设置一张表格，表中每个表目记录磁盘空间中的一个连续空闲盘区的信息，比 如该空闲盘区的起始空闲块号、连续的空闲块个数、以及表目的状态，称此表为“空闲 区表” 2.存储空间的分配与释放 创建新文件时，根据文件的长度查找空闲区表，从状态为“有效”的表目里找到合 适的表项进行分配；删除一个文件时，在空闲区表里找一个“空白”表项，将该文件原 先占用的连续存储空间信息填写进去，并把表项的状态改为“有效”。 ·5.2.3空闲块链 1.空闲块链 所谓“空闲块链”，即在磁盘的每个空闲块里设一个指针，指向另一个磁盘空闲块， 所有的空闲块形成一个链表，即空闲块链。这时，系统要设一个空闲块链首指针，链 表最后一个空闲块中的指针应该表明为结束，比如记为“1”。 2.存储空间的分配与释放 申请存储块时，根据链首指针从链首开始一块块地摘下分配：若释放存储块，就把 释放的块从链首插入。当然，无论是申请还是释放，都必须随时修改链首指针，并调整 空闲块里的指针
创建新文件时，根据文件的长度查找空闲区表，从状态为“有效”的表目里找到合 适的表项进行分配；删除一个文件时，在空闲区表里找一个“空白”表项，将该文件原 先占用的连续存储空间信息填写进去，并把表项的状态改为“有效”。 • 5.2.2 空闲区表 1. 空闲区表 2. 存储空间的分配与释放 系统设置一张表格，表中每个表目记录磁盘空间中的一个连续空闲盘区的信息，比 如该空闲盘区的起始空闲块号、连续的空闲块个数、以及表目的状态，称此表为“空闲 区表”。 • 5.2.3 空闲块链 1. 空闲块链 所谓“空闲块链”，即在磁盘的每个空闲块里设一个指针，指向另一个磁盘空闲块， 所有的空闲块形成一个链表，即空闲块链。这时，系统要设一个空闲块链首指针，链 表最后一个空闲块中的指针应该表明为结束，比如记为“-1”。 2. 存储空间的分配与释放 申请存储块时，根据链首指针从链首开始一块块地摘下分配；若释放存储块，就把 释放的块从链首插入。当然，无论是申请还是释放，都必须随时修改链首指针，并调整 空闲块里的指针
5.3文件管理与目录结构 5.3.1文件控制块与目录 1.文件控制 操作系统为每个文件开辟一个存储区，在它里面记录该文件的有关信息，该存储区 称为“文件控制块(FCB)”。于是，找到一个文件的FCB,也就得到了这个文件的有 关信息，就能够对它进行所需要的操作了。 2.文件控制块的内容 。文件名称：用户为自己的文件起的符号名，它是在外部区分文件的主要标识。 。文件的物理位置：因文件在磁盘上的存储结构可以不同，因此指明其在辅存上位 置的信息也不一样，目的都是要通过这些信息得到该文件存放在哪些盘块上。这些信息 对完成文件逻辑结构与物理结构之间的映射是有用处的。 ,文件的逻辑结构：该信息确定文件是流式的，还是记录式的，记录是固定长度的 还是变长的，以及每个记录的长度。 。文件的物理结构：物理结构反映文件在辅存是如何存放的，它确定了对文件可以 采用的存取方式，对完成逻辑结构与物理结构之间的映射是有用处的。 ·文件存取控制信息：这些信息将规定系统中各类用户对该文件的访问权限，起到 保证文件共享、保密的作用。 。文件管理信息：如文件的创建日期和时间、文件最近一次访问的日期和时间等
文件存取控制信息：这些信息将规定系统中各类用户对该文件的访问权限，起到 保证文件共享、保密的作用。 文件的物理结构：物理结构反映文件在辅存是如何存放的，它确定了对文件可以 采用的存取方式，对完成逻辑结构与物理结构之间的映射是有用处的。 文件的物理位置：因文件在磁盘上的存储结构可以不同，因此指明其在辅存上位 置的信息也不一样，目的都是要通过这些信息得到该文件存放在哪些盘块上。这些信息 对完成文件逻辑结构与物理结构之间的映射是有用处的。 5.3 文件管理与目录结构 • 5.3.1 文件控制块与目录 1. 文件控制块 操作系统为每个文件开辟一个存储区，在它里面记录该文件的有关信息，该存储区 称为“文件控制块（FCB）”。于是，找到一个文件的FCB，也就得到了这个文件的有 关信息，就能够对它进行所需要的操作了。 2. 文件控制块的内容 . 文件名称：用户为自己的文件起的符号名，它是在外部区分文件的主要标识。 . . 文件的逻辑结构：该信息确定文件是流式的，还是记录式的，记录是固定长度的 还是变长的，以及每个记录的长度。 . . . 文件管理信息：如文件的创建日期和时间、文件最近一次访问的日期和时间等