文件

一组有意义的信息集合

文件的属性：

• 文件名
• 标识符
• 类型
• 位置
• 大小
• 保护信息

文件结构

• 有结构文件/流式文件：由一组相似的记录组成

  根据记录长度分为定长记录和变长记录

  • 顺序文件：

    • 顺序存储：

      • 定长记录：可实现随机存取

        • 串结构：记录之间的顺序与关键字无关（通常按照时间顺序 ，无法快速找到某关键字对应的记录）

        • 顺序结构：记录之间的顺序按照关键字顺序排列

          （可以快速找到某关键字对应的记录）

      • 可变长记录 ：无法实现随机存取

        ​

    • 链式存储：无法实现随机存取

      ​

  • 索引文件：每条记录对应一个索引表项；索引文件有很快的检索速度 ；因此主要用于对信息处理的及时性要求比较高的场合

    （索引表本身是定长记录的顺序文件）

    ​

  • 索引顺序文件：一组记录对应一个索引表项

    （索引表是本身是定长记录的串结构文件）

    ​

• 无结构文件/记录式文件：由一些二进制或字符流组成

文件目录

用户在编程时可以轻松实现“按名存取”用文件路径找到一个文件

目录本身是一种有结构文件 ，由一条条记录组成，每条记录对应一个在该目录下的文件

目录文件中的一条记录就是一个FCB（文件内控制块）

FCB实现了文件名和文件之间的映射，使用户可以按名存取

目录结构

• 单级目录：早起操作系统不支持多级目录，整个系统只建立一张目录表，每个文件占一个目录项

  （实现了按名存取，但不允许文件重名）

• 二级目录：

  • 主文件目录：记录用户名+相应用户文件目录存放位置

  • 用户文件目录：由该用户的文件FCB组成

  （允许不同用户的文件重名，也可以在目录结构上实现访问限制；但用户不能对自己的文件进行分类）

• 多级目录结构/树形目录结构：

  • 绝对路径：从根目录出发

  • 相对路径：从当前目录出发

  （不便实现文件的共享 ，但在树形目录基础上，增加一些指向同一节点的有向边，使整个目录成为一个有向无环图 ，可以更方便实现多个用户间的文件共享；当用户删除结点时，必须使该结点的共享计数器减为0才能删除结点）

FCB改进：（索引结点机制）

把除文件名之外的文件描述信息都放进索引结点：大大提升了文件检索速度

文件分配

大部分操作系统中，磁盘块的大小与内存块、页面大小相同

内存与磁盘之间的数据交换（读写操作、磁盘I/O）都是以块为单位进行的

操作系统为文件分配存储空间都是以块为单位

文件的逻辑地址：逻辑块号+块内地址；物理块号=起始块号+逻辑块号

• 连续分配：每个文件在磁盘上占有一组连续的块；支持顺序访问和随机访问

  • 优：顺序读写时速度最快

  • 缺： 不便扩展 ；存储空间利用率低，会产生难以利用的磁盘碎片

• 链接分配：

  • 隐式链接（默认）

    • 优：方便文件扩展，没有碎片问题，外存利用率高

    • 缺：

      • 只支持顺序访问，不支持随机访问

      • 查找效率低

    ​

  • 显式链接：把用于链接各物理块的指针显示存放在一张表中（FAT文件分配表）

    （一个磁盘仅设置一张FAT，开机时将FAT读入内存，并常驻内存）

    • 优：

      • 逻辑块号到物理块号的转化不需要读磁盘操作 ，比隐式链接快得多

      • 支持随机访问

      • 不会产生外部碎片

      • 方便扩展

    • 缺：FAT需要占用一定存储空间

      ​

• 索引分配：一个文件对应一张索引表

  • 优：

    • 支持随机访问

    • 文件方便扩展

  • 缺：索引表需要占用一定的存储空间

  • 若索引表太大，一个索引块装不下：

    • 链接方案：将多个索引块链接起来存放（查找效率低）

    • 多层索引：建立多层索引，第一层索引块指向第二层索引块（访问目标数据块，需要3次磁盘I/O；K层索引结构，且顶级索引表未调入内存，则访问一个数据块只需要K+1次读磁盘操作）

    • 混合索引：多种索引分配方式的结合，如一个文件的顶级索引表中，既包含了直接地址索引，又包含了一级间接索引，还包含二级间接索引

    ​

文件存储空间管理

• 空闲表法：适用于连续分配方式

• 空闲链表法：

  连续的盘块组成一个盘区

  • 空闲盘块链 ：适用于离散分配的物理结构

  • 空闲盘区链：离散分配、连续分配都适用；为一个文件分配多个盘块时效率更高

• 位示图法：连续分配、离散分配都适用

  例：

  

  

  • 盘块号b=ni+j

  • 字号i=b/n

  • 位号j=b%n

    ​

文件的基本操作

操作系统向上提供的最基本功能：（系统调用）

• 创建文件

• 删除文件

• 读文件

• 写文件

• 打开文件：将目录项中的信息复制到内存中的打开文件表中，并将打开文件表的索引号（文件描述符）返回用户

• 关闭文件

  ​

文件管理功能

文件共享

• 基于索引结点的共享方式（硬链接）

• 基于符号链的共享方式（软连接）：访问速度比硬链接慢，如快捷方式

  ​

文件保护

• 口令保护：

  • 优：保存口令的空间开销不多；验证口令的时间开销也很小

  • 缺：正确的口令存放在系统内部，不够安全

• 加密保护：访问文件时需要提供正确的密码才能对文件进行正确的解密

  • 优：保密性强，不需要在系统中存储密码

  • 缺：编码/译码，或者说加密/解密要花费一定时间

• 访问控制：在每个文件FCB中增加一个访问控制列表（ALC），该表中记录了各个用户可以对该文件执行哪些操作

  （精简的访问控制表：以组为单位，标记各组用户可以对文件执行的操作）