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news 2025/10/24 1:12:11

天津建设交培训中心网站,高档网站建,少儿编程加盟有哪些,河北省承德市建设局网站上不去目录前言文件管理#xff1a;基础基本概念文件文件系统文件系统的实现模型文件的组成文件名文件分类文件结构逻辑结构物理结构练习题文件管理#xff1a;目录文件控制块FCB FCB#xff1a;File Control Block FCB信息目录基本概念目…目录前言文件管理基础基本概念文件文件系统文件系统的实现模型文件的组成文件名文件分类文件结构逻辑结构物理结构练习题文件管理目录文件控制块FCB FCBFile Control Block FCB信息目录基本概念目录功能目录基本操作 ⭐FCB组织方法 ⭐改进的FCB组织方法目录的组织路径无环图目录链接通用图目录文件管理磁盘管理空闲分区表概念特点空闲分区链表概念特点位示图成组块链接法分配方法释放方法例题文件一致性盘块链接数一致性检查文件执行数据结构文件共享文件操作执行过程虚拟文件系统 VFS 前言设备管理模块已经更新传送门电子科技大学操作系统期末复习笔记四设备管理本复习笔记基于电子科技大学计算机操作系统-教学大纲2022中的课程模块部分分为五大章节分别是 CM1操作系统概念。操作系统基本功能、操作系统发展历史及趋势、操作系统主流架构、常见操作系统特点、操作系统安全机制。CM2进程管理。进程概念、线程概念、进程生命周期、进程调度算法、进程同步互斥、进程间通信和死锁。CM3内存管理。内存空间的概念、连续分配、离散分配分页管理、分段管理、段页式管理、虚拟存储管理和页面置换算法。CM4设备管理。I/O 系统结构、缓冲管理、磁盘结构和磁盘调度算法。CM5文件管理。文件系统的作用、逻辑结构、物理结构、目录、文件共享和文件系统的一致性。本节是最后一部分要点在CM5大致内容如下第五章文件管理6 学时多媒体课件结合板书面授CM5 1、主要内容文件和文件系统的概念文件逻辑结构堆文件、顺序文件、索引顺序文件、索引文件、HASH 文件外存分配方法连续分配、链接分配、索引分配目录管理一级目录、二级目录、多级目录文件存储空间的管理技术位示图、空闲链表、索引。文件系统性能的改善、数据一致性控制。 2、应达到的要求记忆文件系统性能的改善、数据一致性控制。理解文件系统的基本概念、目录管理、文件共享、文件保护的方法。分析文件逻辑结构、文件的物理结构、文件目录、外存空间的管理。一共3个PPT就分三大块文件管理基础、文件管理目录、文件管理磁盘管理。文件管理基础基本概念文件一种具有符号名的、相关联元素的有序集合。用户按照信息的逻辑功能将关联存储单元组织成文件。文件是信息在磁盘上存储的基本逻辑单位。文件名对相关联元素的Naming 文件系统概念对文件实施管理、控制与操作的一组软件。用户或应用程序访问文件的唯一方式目标与功能保证文件中的数据有效减少或消除丢失或破坏数据的可能性从系统角度优化总吞吐量从用户角度优化响应时间为各种类型的存储设备提供I/O支持并提供统一接口统一管理文件的存储空间实施存储空间的分配与回收实现文件的按名存取文件名字空间存储空间实现文件信息共享提供文件保护和保密措施用户观点实现“按名存取”功能操作系统观点文件目录怎样实现、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) 文件系统的实现模型文件系统接口命令、系统调用和图形窗口的文件系统访问功能。逻辑功能层根据接口层所发下的文件访问需求通过相关的文件控制块、文件目录、文件分配表等获取访问存储介质的物理参数。物理驱动层将逻辑功能层所发下的命令转化为相应的驱动程序的动作完成对文件物理存储设备的处理。文件的组成文件元数据文件内容元数据文件名、内部标识(如unix的inode)、拥有者、访问时间/权限、文件大小 …… 文件名格式A.BA: 文件名称 B: 文件类型/文件格式/文件扩展名文件分类对不同文件进行管理提高系统效率提高用户界面友好性设备文件统一的抽象接口了解即可文件结构逻辑结构从用户角度研究文件的组织形式独立于物理存储结构无结构文件流式文件构成文件的基本单位是字节文件是有逻辑意义的、无结构的一串字节的集合。自身不提供任何数据结构提供很大的灵活性用户自定义文件内容含义有结构文件记录文件文件是由若干个记录组成每个记录有一个键可按键进行查找。记录(record)、字段(field)、键(key)文件组织与访问原则原则可能互相矛盾如索引 vs. 空间优先级取决于使用文件的应用程序堆文件数据按到达时间顺序存放每个记录长度、字段数量不确定随机访问效率极低对大多数应用都不可用例log日志文件顺序文件所有记录有序排列主字段字段定义、记录长度固定批处理顺序访问最佳查询或更新记录的交互式应用性能差随机访问大型顺序文件时性能差包含某个key的记录索引顺序文件是一个顺序文件将顺序文件中的记录进行分组(block)索引表仅记录每组中第一个记录的信息组与组之间记录的关键字必须有序排列搜索非key字段困难索引文件每个索引项指向一个记录索引项按照记录中的某个关键字排序记录大小不必相同不必排序存放在主文件中。可以对不同的关键字域建立多个索引主文件中增/减/变更记录时索引文件须相应更新直接散列/哈希文件记录的存储位置由以关键字为参数的哈希函数计算得到。记录大小一般相同检索时给出记录的关键字值通过哈希函数计算出该记录在文件中的位置访问速度快一次只需访问一条记录时使用。例目录、价格表、调度和名字列表等。有结构文件和无结构文件的区别物理结构文件的逻辑地址和物理地址文件在物理介质上的存放方式文件访问方法用户在使用文件时按何种次序存取文件顺序存取按照文件信息的逻辑顺序(记录的排列顺序)依次存取。随机存取(直接存取按任意的次序对文件进行读写操作与文件使用方式有关源程序文件用顺序存取数据库文件用随机存取与存储介质的特性有关磁带磁盘⭐文件分配表为了有效地管理文件存储器通常把文件存储空间划分成若干个大小相等的物理块。物理块是分配及传输信息的基本单位。块的大小通常是扇区的倍数如512B、1KB、2KB或者4KB。文件分配表描述文件所获得物理块的详细信息不同的操作系统赋予了该结构不同的名字 DOSFAT / Windows NTFS: MFT (master file table)UNIX类操作系统inode分配方式静态分配文件创建时申明需要的最大空间预分配实现简单易于维护但灵活性差动态分配文件存储空间按需分配实现较复杂需要维护较多的数据结构实用性高连续结构顺序文件信息存放在若干连续的物理块中优点简单支持顺序存取和随机存取顺序存取速度快磁盘寻道次数寻道时间最少缺点不利于文件尺寸的动态增长插入、删除可能会导致磁盘碎片降低外存空间的利用率可以采用紧凑技术处理从而改善。链接结构文件信息存放在若干不连续的物理块中各块之间通过指针连接。隐式链接每个物理块都设有一个指针字段指向下一个物理块的位置。随机访问性能差显式链接用于链接文件各物理块的指针显示地存放在一张内存链表中该表在整个磁盘中仅一张。随机性能优于隐式链接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缺点更多的寻道次数和寻道时间随机访问性能差可靠性问题如指针出错改进方法扩大文件块分配单位。若干个连续的数据块称之为簇(Cluster)。簇Cluster 一组连续的扇区→虚拟扇区分配单位 Cluster2^n Sectors 索引结构文件信息存放在若干不连续物理块中每个文件关联一个索引表记录块号索引表就是磁盘块地址数组第i个条目指向文件的第i块优点支持随机存取优于链接结构找第i块更快满足了文件动态增长、插入删除要求利用多级索引可以支持大型文件的存取缺点较多的寻道次数和寻道时间对比页表一个数据块容纳不了一个文件的所有分区时需要若干个索引结点进行存储多级索引盘块大小1 KB每个盘块号4B 一个索引块中可存放1K/4B256个盘块号两级索引时最多可包含的存放文件的盘块总数N 256 × 256 64 K个盘块号。最大文件长度64MB计算盘块大小4KB盘块号4B一级、两级索引时最大文件分别为 4KB/4B2^10; 1_file2^10*4KB4MB; 2_file2^10*2^10*4KB4GB⭐综合/混合模式将多种索引分配方式相结合而形成的一种分配方式。例如系统既采用了直接地址又采用了一级索引分配方式或两级索引分配方式甚至还采用了三级索引分配方式。 Unix iNode 13个索引项每项2个字节前10项为直接块第11项指向一个物理块该块中最多可放256个文件物理块的块号一次间接寻址。第12和第13项作为二次和三次间接寻址单个文件最大长度10256256*256*block-storage 练习题设文件索引节点中有7个地址项 4个直接地址索引 2个一级间接地址索引 1个二级间接地址索引每个地址项大小为4B 磁盘索引块和磁盘数据块均为256B 问单个文件的最大长度是多少答每个索引块中的项目数为256/464个 4个直接地址索引块可索引块数4 2个一级间接地址索引块可索引块数2×64128 1个二级间接地址索引块可索引块数1×64×644096 单个文件的最大长度为41284096)*256B1057KB 假定UNIX磁盘块的大小为1KB每个盘块号占4个字节文件索引节点中的磁盘地址明细表如图所示请将下列文件的字节偏移量转换为物理地址 1 9000 2 14000 3 350000 答字节偏移量为9000时逻辑块号为9000/10248 块内偏移量为9000 % 1024808 逻辑块号小于10→该块为直接块。逻辑块号8对应的物理盘块号为367该块中的第808字节即为文件的第9000字节。字节偏移量为14000时逻辑块号为14000/102413 块内偏移量为14000 % 1024688 逻辑块号913266→该块为一次间接块。一次间接的盘块号为428从一次间接块中读出盘块号表查得逻辑块号13的物理块号为952该块中的第688字节即为文件的第14000字节。字节偏移量为350000时逻辑块号为350000/1024341 块内偏移量为350000 %1024816 因逻辑块号26534165802(256*25625610)→该块为二次间接块。由图可知二次间接块的盘块号为9156。一个一次间接块中可容纳256个块号341-10-25675 75/2560故字节偏移量350000在二次间接块的第0个一次间接块的第75个表项中其盘块号为333该块中的第816字节即为文件的第350000字节。文件管理目录文件控制块FCB FCBFile Control Block 描述和控制文件的数据结构与文件一一对应文件存在的标志文件控制块的组成——与操作系统相关 FCB信息文件名用户利用该名字进行存取。文件物理位置在外存的存储位置设备名、起始盘块号、占用的盘块等使用信息创建时间create time 最后一次读访问的时间access time 最后一次写访问的时间modify time 目录基本概念文件目录一组文件的集合目录文件元数据控制块的集合目录文件目录项构成的文件递归效果目录也用FCB表示目录即文件目录文件具有固定格式由系统进行管理用户不能直接访问目录文件目录功能按名存取提高检索速度合理地组织目录结构可以加快对目录的检索速度从而提高对文件的存取速度。文件共享允许共享文件节省存储空间方便用户。允许文件重名方便用户按照自己的习惯来命名和使用文件。目录基本操作罗列文件搜索文件通过查找目录结构实现特定文件的按名查找创建文件建立新文件将相应控制块加到目录中去删除文件当一个文件不再需要时从目录中删除重命名文件⭐FCB组织方法计算: 一个FCB有48字节假设物理块512字节某目录有128个文件。计算查找一个文件平均访盘次数。每块存储的FCB数量512/4810128个文件的目录文件需要磁盘块128/1013平均访盘次数(113)/27(最少一次找到最多13次取均值)⭐改进的FCB组织方法采用目录项分解法把FCB分成两部分一个FCB有48字节符号目录项占 8字节文件名6字节文件号2字节假设物理块512字节某目录有128个文件。采用改进的FCB组织方法查找一个文件平均访盘次数。每块存储的符号目录项512/864 每块存储的基本目录项512/4212 128个文件符号文件、基本文件分别需要128/642, 128/1211 平均访盘次数(12)/212.5(最少一次查找符号目录最多两次取均值再加上一次精准查找的基本目录项) 目录的组织组织文件目录是文件系统的主要内容之一有效性快速定位一个文件命名用户使用方便两个用户对不同的文件可以使用同一个文件名同一个文件可能有不同的文件名文件数据元数据空目录≠文件数为0的目录不存在文件数为0的目录单级目录结构所有文件都包含在同一目录中缺点查找速度慢不允许重名不便于共享不能分组两级目录结构为每个用户创建单独的目录用户文件目录UFD 主文件目录MFD优点不同用户可以有相同的文件名提高了检索速度将一个用户与另一个用户有效隔开缺点不利于文件的共享树状目录结构每一级目录可以包含文件也可以包含下一级目录。只有一个根目录除根目录外其余每个目录或者文件都有唯一的一个上级目录。父目录、子目录优点文件的层次和隶属关系清晰便于实现不同级别的存取保护和文件系统的动态装卸缺点不便于共享相比较而言路径从树根(namespace)到节点的唯一表达不同文件→文件可以同名但路径名不同。路径名不同 ≠ 文件不同文件可按照相对于工作目录的方式访问绝对路径(absolute)从根目录开始指定相对路径(relative)从当前工作目录开始./当前目录../上一级目录练习当前目录/spell/mail/copy 请用绝对和相对路径表达红色箭头文件 prog: ./prog ; /spell/mail/prog find: .../programs/p/find ; /programs/p/find all: /all ; /spell/mail/copy/all first: ./prt/first ; /spell/mail/prt/first 无环图目录在树型目录的基础上允许多个目录项指向同一个数据文件或者目录文件实现了目录或者数据文件的共享一个文件或者目录在多个父目录中占有项目目录结构不再是一颗树而是一个无环图实现共享文件多个用户同时访问一个文件可节约存储空间数据复制数据不一致通过路径名共享不灵活链接在多个目录中对要共享的文件建立相应的表项一个文件或目录在目录树中多处出现引用在外存上只有一份物理存储。链接硬链接多个文件名链接到同一个索引结点链接文件和被链接文件必须位于同一个文件系统中。软链接符号链接(symbolic link, shortcut) 特殊类型的文件其内容是另一个目录或文件的路径。无硬链接的限制可跨盘跨目录甚至跨机器。建立符号链接文件并不影响原文件→它们是独立的文件。缺点空间和时间开销更大如果设置不当上下级目录关系可能会形成环状硬链接和软链接的比较硬链接只允许文件链接不允许目录链接只能在同一个文件系统范围内进行不允许跨文件系统。删除文件时如果还有其他链接链至该文件则该文件不能被删除。软链接访问速度相对慢一些但适用范围和灵活性要大一些。允许目录链接允许在不同的文件系统间进行链接这两个文件系统可以在同一个计算机上也可以在不同的计算机上。被链接文件的删除和符号链接的删除是完全独立的通用图目录无环图目录结构中加上允许子目录对上层目录的引用的条件允许环存在搜索子目录时要避免无穷地循环搜索——限制访问目录的次数来确定释放孤立环orphan cycle——垃圾回收garbage collection 。文件管理磁盘管理磁盘存储器文件存储空间的分配单位是磁盘块而非字节文件系统必须记录存储空间的使用情况文件系统对存储空间进行分配和回收常用的磁盘空间的管理方式有空闲分区表概念将空闲分区登记在一张表中一个分区对应一个表项每个表项包含有空闲分区号、分区起始块号、分区长度等主要信息按起始块序号排序特点实现简单将各空闲分区按照长度有序进行排列能很快找到需要大小的空闲分区。 (排序规则不固定当空闲分区分布较分散且数量较多时空闲分区表将会很大。空闲分区链表概念利用空闲分区空间通过指针将各个空闲分区连接起来并记载各空闲分区大小。无空闲分区表的额外空间开销。特点回收由许多离散小分区组成的文件时小分区链接到空闲分区链表中需要很长时间按照某种规则大小或者位置。类比可变分区管理位示图一个向量每位(bit)对应于磁盘中的一个块(block) 空闲块0已使用块1方便地查找一个或一组连续的空闲分区。位示图需要占用的存储空间大小磁盘容量字节数/ 8×数据块大小 Byte大位示图搜索将会降低文件系统的性能成组块链接法将所有空闲块每n块划分为一组用索引表表示每组的第一块用来存放后一组中各块的块号和总块数各组间自然构成链表第一组的块号与总块数放在一个专用栈中空闲盘块号栈栈计数count栈中的空闲块数目栈中的元素是空闲块编号对块的分配和释放在栈中进行分配方法查看栈中是否count1若不是那么就弹出栈顶元素N表示可用磁盘块号分配出去--count若是弹出栈顶元素N把空闲块N中的内容读入到栈中返回空闲块编号N。因为所分配的磁盘块号是栈中最后一个可用盘块号由于在该盘块中存放了下一组的所有盘块号于是要先将该块的内容读入栈中然后才能将该块分配出去释放方法被释放空闲块为编号N。查看是否栈已满若不是则N入栈count 若是则将栈包括栈计数写入到空闲块N然后把N放入栈顶并置count为1。说明栈已满须先将栈中所有盘块号复制到新回收的盘块中再将新回收盘块的编号放到栈中成为栈中第一个盘块例题解9241501所以是#400最下面的一个也就是401。文件一致性盘块链接数一致性检查每个目录项都含有一个索引结点号共享文件的索引结点号会在目录中出现多次若某文件被共享硬链接N次其索引结点号会在目录中出现N次另一方面该共享文件索引结点中的链接计数count用来指出共享本文件的引用数。正常情况下这两个数据应该一致数据块使用数组和空闲数组互补文件执行数据结构用户打开文件表每个进程一个记录用户打开文件系统文件打开表整个系统一张放在内存用于保存已打开文件的FCB文件号、共享计数打开共享、读写位置、打开模式、修改标志等指向内存inode也有共享计数内存inode表操作文件时要将磁盘inode加载到内存中访问速度共享控制计数三张表之间的关系文件共享不同进程独立访问同进程复制fddup() / dup2() / fcntl() 跨进程复制fdfork() fork()可以共享文件但是fork()以后打开文件则不共享文件操作执行过程 create实质是建立FCB返回一个文件描述符 open把FCB送到内存创建用户、系统打开文件表项建立与内存inode三者关联返回文件描述符 close缓存数据写回磁盘清理用户文件打开表清理系统文件打开表清理内存inode表虚拟文件系统 VFS 支持面向对象式的文件系统实现——多态用户程序统一接口底层支持不同文件系统 VFS接口API而非具体的文件系统实现
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