六-文件管理.ppt
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1、第六章 文件管理 6.1 6.1 文件和文件系统 6.2 6.2 文件的逻辑结构 6.3 6.3 外存分配方式 6.4 6.4 目录管理 6.5 6.5 文件存储空间的管理 6.6 6.6 文件共享与文件保护 6.7 6.7 数据一致性控制 1.教学目的与要求理解文件和文件系统的概念掌握文件的逻辑结构和物理组织掌握文件存储空间的管理、目录管理掌握文件的共享和保护教学重点:逻辑结构和物理组织、文件存储空间的管理、目录管理、文件的共享和保护教学难点:逻辑结构和物理组织,成组链接法2.6.16.1文件和文件系统6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 文件、记录、数据项文件、记录、数据项(说明
2、包含关系说明包含关系)数据项基本数据项:可命名的最小逻辑单位/字段组合数据项:由若干基本数据项组成基本数据项的类型和数据记录一组相关数据项的集合关键字:能唯一地标识出记录的基本/组合数据项文件具有文件名的一组相关信息的集合。3.文件属性文件类型文件长度文件物理位置文件建立时间图 6-1 文件、记录和数据项之间的层次关系 4.6.1.2 6.1.2 文件类型和文件系统模型 类型类型一、按用途分类:一、按用途分类:系统文件,用户文件,库文件。系统文件,用户文件,库文件。(用户对以上三者的访问权限不同)(用户对以上三者的访问权限不同)二、按文件中的数据形式分类二、按文件中的数据形式分类 源,目标,可
3、执行。源,目标,可执行。三、存取控制三、存取控制 E E E E,R R R R,R/WR/WR/WR/W5.6.1.2 6.1.2 文件类型和文件系统模型 类型类型四、逻辑结构四、逻辑结构(1 1 1 1)有结构(记录式)有结构(记录式)(2 2 2 2)无结构(流式)无结构(流式)五、物理安排五、物理安排(1 1 1 1)顺序文件;数据(连续放)顺序文件;数据(连续放)(2 2 2 2)链接文件;)链接文件;(3 3 3 3)索引文件;)索引文件;六、文件与目录文件六、文件与目录文件6.文件系统模型 概念:文件和对文件进行操纵概念:文件和对文件进行操纵和管理的软件集合。和管理的软件集合。三
4、个层:文件三个层:文件(对象及属性对象及属性)文文件操作件操作文件访问接口文件访问接口 一、管理的对象及属性(1 1)文件(2 2)目录:例:目录项用于方便用户(提供文件逻辑名来访问文件)和提高文件存取速度。(3 3)物理存贮空间的管理,好坏将影响访问速度。图 6-2 文件系统模型 7.文件系统模型 二、对对象操纵和管理的软件集合:二、对对象操纵和管理的软件集合:(1 1 1 1)逻辑文件系统:受命)逻辑文件系统:受命write(record of write(record of write(record of write(record of 文件,文件,buf)buf)buf)buf)wri
5、te(write(write(write(逻辑号,逻辑号,buf)buf)buf)buf)(2 2 2 2)基本)基本I/OI/OI/OI/O管理:管理:write(write(write(write(逻辑号,逻辑号,buf)buf)buf)buf)(3 3 3 3)基本文件系统:向)基本文件系统:向driverdriverdriverdriver发令,发令,(buf(buf(buf(buf具体物理盘具体物理盘块号块号)(4 4 4 4)I/OI/OI/OI/O控制层:控制层:driverdriverdriverdriver三、文件系统接口三、文件系统接口命令接口:例如命令接口:例如copyc
6、opycopycopy命令命令程序接口:程序接口:11.6.1.3 6.1.3 文件操作一、对记录操作一、对记录操作类似数据库类似数据库二、对文件操作:二、对文件操作:创创fopen/fopen/fopen/fopen/删删/读读fread/fread/fread/fread/写写fwrite/fwrite/fwrite/fwrite/截断(清空)截断(清空)/拔指针拔指针fseekfseekfseekfseek三、打开关闭操作三、打开关闭操作打开:将文件的属性从外存拷贝到内存打开:将文件的属性从外存拷贝到内存打开文打开文件表件表的一个表目中,并将该表目的编号的一个表目中,并将该表目的编号fd
7、fdfdfd(索(索引引)返回给用户返回给用户四、其它四、其它更名、更改属性更名、更改属性12.6.2 6.2 文件逻辑结构 概概念念:用用户户所所能能观观察察和和访访问问到到的的文文件件的的数数据据结结构构组组织织,独独立立于于物物理理特特性性,容容易易检检索索和修改。和修改。无无论论是是逻逻辑辑还还是是物物理理结结构构,都都会会影影响响到到文文件的检索速度件的检索速度13.6.2.1 6.2.1 逻辑结构类型一、有结构文件:记录式文件一、有结构文件:记录式文件a a a a类:类:(1 1 1 1)定长记录)定长记录(2 2 2 2)变长记录)变长记录b b b b类:类:(1 1 1 1
8、)顺序文件:通常是定长记录,(为何,因变长)顺序文件:通常是定长记录,(为何,因变长采用此方式查询速度慢)采用此方式查询速度慢)(2 2 2 2)索引文件:)索引文件:(3 3 3 3)索引顺序文件:顺序组织多个组,每组记录中)索引顺序文件:顺序组织多个组,每组记录中的第一个记录设置一索引项。的第一个记录设置一索引项。二、无结构文件:流式文件二、无结构文件:流式文件以字节为单位,利用读以字节为单位,利用读/写指针进行访问。写指针进行访问。14.6.2.2 6.2.2 顺序文件一、逻辑记录的排序一、逻辑记录的排序(1 1 1 1)按记录录入的时间排)按记录录入的时间排:串结构串结构。(2 2 2
9、 2)按关键字排序:)按关键字排序:顺序结构顺序结构。后一种情况更有利于提高查询速度。如可用折半查找法等。后一种情况更有利于提高查询速度。如可用折半查找法等。二、对顺序文件的读二、对顺序文件的读/写操作写操作(图图6.36.36.36.3)定长记录顺序文件:例:顺序读定长记录顺序文件:例:顺序读 易于定位,甚至可随机读取。易于定位,甚至可随机读取。变长记录:不易定位,只能顺序读取。变长记录:不易定位,只能顺序读取。15.图 6-3 定长和变长记录文件 16.6.2.2 6.2.2 顺序文件三、优三、优/劣:劣:批处理时效率是所有逻辑文件中最高的。批处理时效率是所有逻辑文件中最高的。可存在于磁带
10、上。可存在于磁带上。交互应用时交互应用时“效率低效率低”(如要查找单个记录),尤其(如要查找单个记录),尤其是对变长记录的顺序文件。是对变长记录的顺序文件。增加、删除记录涉及到排序问题,开销大。增加、删除记录涉及到排序问题,开销大。事务文件事务文件(log(log(log(log),用于存放将更新到主文件的记录。),用于存放将更新到主文件的记录。17.6.2.3 6.2.3 索引文件由变长记录组成的顺序文件不容易直接由变长记录组成的顺序文件不容易直接存取,因此,为其建立一存取,因此,为其建立一有序有序的索引表,的索引表,对索引采用折半查找,速度更快。对索引采用折半查找,速度更快。特点:提高了速
11、度,增加了存储开销特点:提高了速度,增加了存储开销放索引文件。放索引文件。增、删记录时,对索引表作相应的修改。增、删记录时,对索引表作相应的修改。18.图 6-4 索引文件的组织 19.6.2.4 6.2.4 索引顺序文件将顺序文件中若干记录分为一组,每组的第一将顺序文件中若干记录分为一组,每组的第一项在索引表中占一项。项在索引表中占一项。速度:速度:例例1 1 1 1:10000100001000010000个记录,顺序文件:个记录,顺序文件:5000500050005000次查找查次查找查到。到。索引顺序文件,设索引顺序文件,设100100100100个记录一组,索引表的找法设个记录一组,
12、索引表的找法设为顺序法的情况下,则平价查找次数为为顺序法的情况下,则平价查找次数为50+50=10050+50=10050+50=10050+50=100。例例2 2 2 2:1000000100000010000001000000个纪录:个纪录:一级索引:(一级索引:(100100100100个纪录一组):平价查找个纪录一组):平价查找5050505050505050次次二级索引:平价查找二级索引:平价查找50+50+50=15050+50+50=15050+50+50=15050+50+50=150次次20.图 6-5 索引顺序文件 21.6.2.5 6.2.5 直接文件和哈希文件直接文件
13、直接文件 键值转换:由记录键值到记录键值转换:由记录键值到记录物理地址的转换物理地址的转换哈希文件哈希文件 A=H(kA=H(k)是一种索引链接文件是一种索引链接文件图 6-6 Hash文件的逻辑结构22.6.36.3外存分配方法(文件物理组织)6.3.1 6.3.1 连续分配(磁带,磁盘都可采用)(顺序文件)每个文件分配一组相邻盘块。每个文件分配一组相邻盘块。优点优点:因磁头移动距离小,顺序访问容易且速度快因磁头移动距离小,顺序访问容易且速度快.缺点缺点:要求连续空间,一段时间后需整理磁盘以消除要求连续空间,一段时间后需整理磁盘以消除外部碎片外部碎片。必须事先知道长度,文件不易动态增长和删除
14、。必须事先知道长度,文件不易动态增长和删除。文件对应文件对应目录项(属性)目录项(属性)中包含:中包含:始址、总块数、最后一块字节数。始址、总块数、最后一块字节数。23.图 6-7 磁盘空间的连续分配 24.6.3.2 6.3.2 链接分配(串连文件/链接文件)文件文件离散地离散地分配于各盘块中,消除了分配于各盘块中,消除了外部碎片外部碎片,以提高外,以提高外存利用率,文件长度可变,易于增删,存利用率,文件长度可变,易于增删,只能顺序存取只能顺序存取。对应目录项:链表的首指针对应目录项:链表的首指针1 1 1 1、隐式链接、隐式链接文件目录表中有文件目录表中有startstartstartst
15、art块号,每块中有指向下一块号的块号,每块中有指向下一块号的指针。指针。缺点缺点:只适合于顺序访问,对随机访问效率低,可靠性:只适合于顺序访问,对随机访问效率低,可靠性差。差。簇簇:包含多个块的单位,当以它为单位分配并链接,可:包含多个块的单位,当以它为单位分配并链接,可减少访问时间,但增大了减少访问时间,但增大了内部碎片内部碎片 25.链式分配图 6-8 磁盘空间的链接式分配 26.6.3.2 6.3.2 链接分配(串连文件/链接文件)2 2 2 2、显式链接、显式链接:把用于链接的指针显式存放在内存的一:把用于链接的指针显式存放在内存的一张表中,张表中,查找在内存中进行查找在内存中进行。
16、文件分配表(文件分配表(FATFATFATFAT):表项中存放着下一盘块的块:表项中存放着下一盘块的块号号文件目录表(文件目录表(FDTFDTFDTFDT)/文件控制块(文件控制块(FCBFCBFCBFCB)FAT-FAT-FAT-FAT-块块链链图 6-9 显式链接结构 27.图 6-10 MS-DOS的文件物理结构28.DOS磁盘盘区划分表区名内容 软盘 占扇区数 扇区号保留区引导记录与磁盘参数表 1 1 0 0控制区FAT1FAT1文件分配表 2 2 1 12 2FAT2FAT2 2 2 3 34 4FDTFDT文件目录表 7 7 5 51111文件区 文件内容 余下部分 12 1229
17、.DOSDOS磁盘访问操作流程文件名文件名磁盘目录表磁盘目录表FDTFDTFDTFDT文件分配文件分配表表FATFATFATFAT磁盘扇区磁盘扇区定位定位扇区物理扇区物理操作操作30.DOSDOSDOSDOS对于对于1.2MB1.2MB1.2MB1.2MB软盘,盘块大小为软盘,盘块大小为1KB1KB1KB1KB,采用,采用显示链接显示链接分配分配方式时,其方式时,其FATFATFATFAT需占多少存储空间?需占多少存储空间?注:注:FATFATFATFAT的每个表项存放一个盘块号,故的每个表项存放一个盘块号,故FATFATFATFAT的表项数目由的表项数目由磁盘的物理块数决定。磁盘的物理块数决
18、定。FATFATFATFAT的表项的长度通常取的表项的长度通常取半个字节的整数倍半个字节的整数倍解解:FATFATFATFAT中共需表项数中共需表项数=1.2M/1K=1.2k=1.2M/1K=1.2k=1.2M/1K=1.2k=1.2M/1K=1.2k每个每个FATFATFATFAT表项占表项占12121212位,即位,即1.51.51.51.5个字节个字节所以所以FATFATFATFAT故共占故共占1.8k1.8k1.8k1.8k存储空间存储空间.例3 331.6.3.3 6.3.3 索引分配(索引文件)1 1 1 1、单级索引分配、单级索引分配链接分配问题:链接分配问题:不能高效直接存取
19、;不能高效直接存取;FATFATFATFAT需占较大的内存。需占较大的内存。概念:为每个文件分配一个概念:为每个文件分配一个索引块索引块 特点:支持直接访问;不会产生外部碎片特点:支持直接访问;不会产生外部碎片问题:问题:(1 1 1 1)文件较大时有利。文件较小时浪费外存空间)文件较大时有利。文件较小时浪费外存空间(还需为小文件建索引块)(还需为小文件建索引块)(2 2 2 2)当文件较大时,索引块太多,查找速度减慢)当文件较大时,索引块太多,查找速度减慢解决解决:当索引太大时,则需建立多级索引:当索引太大时,则需建立多级索引 32.图 6-11 索引分配方式 33.6.3.3 6.3.3
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