1、我们把逻辑上具有完整意义的信息集合称为文件。每个文件都要用一个名字(称为文件名)作标识。

 

2、对文件可按各种方式进行分类。按用途可分成:系统文件、库文件和用户文件。按保护级别可分成:只读文件、读写文件、执行文件和不保护文件。按信息流向可分成:输入文件、输出文件和输入输出文件。按存放时限可分成:临时文件、永久文件和档案文件。按设备类型可分成:磁带文件、磁盘文件等。按组织方式可分成:逻辑文件、物理文件。

 

3、为了减轻用户的负担和保证系统的安全,操作系统中设计了对信息进行管理的部分,称为文件管理或文件系统。

 

4、文件系统的功能:(1)实现从逻辑文件到物理文件之间的转换;(2)有些的分配文件的存储空间;(3)建立文件目录;(4)提供合适的存取方式以适应各种不同的应用;(5)确保文件的安全性;(6)提供一组文件操作。

注:现代计算机系统中都由操作系统提供存取和管理信息的模块——文件系统来管理文件的存储、检索、更新、共享和保护。从用户角度看,文件系统主要是实现“按名存取”。

 

5、可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、光盘、卡片等称为存储介质。存储介质的物理单位定义为卷。例如,一盘磁带、一张软盘片、一片光盘、一个磁盘组都可成为一个卷。存储介质上可连续存储信息的一个区域称为块,或称为物理记录。块是主存储器与存储设备进行信息交换的物理单位。

 

6、把所有的读写磁头按从上到下的次序进行编号,称为磁头号。当移动臂移到某一位置时,所有的读写磁头都在同一柱面上,把盘面上磁道的编号作为柱面号。每个盘面被划分成若干相等的扇区,每个扇区中的各个磁道都是可存放相等字节数的一个块,沿与磁盘旋转相反的方向给各扇区编号,成为扇区号。

 

7、文件的组织是指文件的构造方式。用户是从使用的角度来组织文件,用户把能观察到的且可以处理的信息根据使用要求构造成文件,这种构造方式称为文件的逻辑结构。文件系统要从文件的存储和检索的角度来组织文件,文件系统根据存储设备的特性、文件的存取方式来决定以怎样的形式把用户文件存放到存储介质上,在存储介质上的文件构造方式称为文件的存储结构。

 

8、我们把用户组织的文件称为逻辑文件。通常,逻辑文件简称为文件。逻辑文件可以有两种形式,一种是流式文件,另一种是记录式文件。流式文件是指文件内的信息不再划分单位,是由依次的一串信息组成。记录式文件是指用户把信息按逻辑上独立的含义划分信息单位,每个单位称为一个逻辑记录,简称为记录。逻辑记录可依次编号,其序号称为逻辑记录号,简称为记录号。

 

9、记录式文件中的每个逻辑记录至少要有一项特殊的数据项,利用它可把同一文件中的各个记录区别开来。我们把能用来唯一标识某个记录的数据项称为记录的主键。存取一个指定记录时,只要按主键去搜索就可找到该记录。能标识具有某一特性的所有记录的数据项称为记录的次键。实际上,逻辑记录中除主键外的各个项都可作为次键。利用次键可以把文件中的信息按需要分类。

 

10、把文件存放到存储介质上的时候,文件系统要按便于控制和管理来确定文件的存储结构(或称为物理结构)。存放在存储介质上的文件称为物理文件。

 

11、由于存储设备的类型不同,特性各异,因而文件在相应存储介质上的组织方式也有差异。文件在磁盘上可以有多种组织方式。记录式文件在磁盘上有顺序结构、连接结构和索引结构三种。

 

12、把一个文件在逻辑上连续的信息存放到磁盘上依次相邻的块中,便形成顺序结构。显然这是一种逻辑记录顺序和物理块的顺序相一致的文件结构。我们把这类文件称为顺序文件或连续文件。顺序结构的优点是存取信息的速度快,不必每次去查找信息的存放位置,只要记住当前块号,则其后继信息一定在下一块中。顺序结构的缺点是会使磁盘的存储空间利用率不高。

 

13、链接结构是将文件的逻辑记录顺序与磁盘上的存储空间顺序独立开来,即逻辑记录是顺序的,但文件占用的存储空间块可以任意选择,不必连续。链接结构的特点是每个物理块的最后一个单元中不能存放文件的信息,而是用来存放物理块之间的链接指针。文件信息占用的第一块的物理地址登记在文件目录中,链接结构中每个物理块中的链接指针指出了文件信息存放的下一个物理块地址。通常,当某块中链接指针为“0”时,表示文件信息至本块结束。这种结构的文件称为链接文件,又称为串联文件。优点:采用链接结构的文件,允许用户扩充文件。缺点:文件按链接结构组织后,只有读出前一块信息后才能从链接指针中获得下一块信息的存放地址。所以链接结构也只适合于对记录按先后顺序进行存取的文件。

 

14、索引结构是实现非连续存储的另一种方式。索引结构为每一个文件建立一张索引表,指出文件中每个记录的存放地址。用户需要文件中某个记录时,文件系统只要查索引表就可知道该记录在磁盘上的位置,从而将其读出供用户使用。采用索引结构的文件称为索引文件。

因此,索引结构具有随机存取任意一个记录的能力,克服了顺序结构和链接机构文件只能依次存取记录的缺点。索引结构的缺点是当文件的很多时,索引表就很大。

 

15、如果把索引文件的记录也按顺序存放到磁盘上依次相邻的块上,则这种索引文件被称为索引顺序文件。它是顺序文件的扩展。索引顺序文件既具有顺序结构文件的优点,便于快速依次读出记录,又具有索引结构能随机读取任一记录的能力。

 

16、文件在磁带机上只能组织成顺序结构。这是由磁带机只能顺序存取的特性决定的。而且,存放在磁带上的信息没有地址作标识,因此,每卷磁带的开始都有始点●,每卷磁带的最后都有末点●。磁带上每个文件前都设置一个文件头标,用来标识一个文件和说明文件的一些属性。文件头标的内容可以有:用户名、文件名、文件的分块数、块的长度等。文件尾标用来表示一个特定的文件结束。每个文件可以分成若干块,块与块之间设间隙。在每个文件头标、文件信息、文件尾标之间用一个称为带标的特殊字符(用★表示)隔开,就好像一张张书签一样,方便查找。最后用两个带标表示磁带上的有效性信息到此结束。

 

17、磁带上搜索指定文件:当用户要读一个指定文件时,可从站点开始检索,先读出文件头标,比较用户名、文件名。若是所需的文件,则前进一个带标后就可读到指定的文件信息。若不是所需的文件,则前进三个带标后,读出下一个文件头标再比较,直到找到指定的文件。如果比较到最后仍旧找不到指定的文件,则表示所要找的文件不在这卷磁带上。

 

18、文件在存储介质上的组织方式不仅与存储设备的物理特性有关,而且与用户如何使用文件有关。从用户对文件记录的存取次序来考虑,存取次序可以分成两类:顺序存取和随机存取。顺序存取是指按文件的逻辑顺序或记录顺序读/写的存取方式。随机存取是指不一定要按文件的逻辑顺序或记录顺序读/写文件中的信息,而是可以按任意的次序随机地读/写文件中信息的存取方式。

 

19、从用户的观点出发,把一个文件分成若干个逻辑记录的文件称为记录式文件,而把不分记录的文件称为流式文件。但不管是记录式文件还是流式文件,用户都可以按自己的使用要求采取两种不同的存取方式。存取方式的选择由文件的性质决定。

 

20、文件的存储结构不仅与存取方式有关,而且与存储设备的特性有关。所以,文件系统应根据用户的存取方式和存放的存储介质类型决定文件的存储结构。

介质类型

存储结构

存取方式

顺序存取

随机存取

磁盘

顺序文件、链接文件、索引文件

索引文件

磁带

顺序文件

 

 

21、把若干个记录合并成一组存入一块的工作称为记录的成组。从一组逻辑记录中把一个逻辑记录分离出来的工作称为记录的分解。记录的成组与分解操作不仅提高了存储空间的利用率,而且能较少存储设备的启动次数。缺点是记录的成组与分解操作要设立主存缓冲区,也增加了操作系统的开销。

 

22、有时一个逻辑记录很大,必须存放在多个块中。这些块可以是连续的,也可以是不连续的(这时要采用链接结构)。这样的记录称为跨块记录。用户需要一个记录时,必须把若干块的信息读出,传送给用户。

 

23、磁盘存储空间的分配和回收方法:(1)位示图法;(2)空闲块链接法。

 

24、一个简单的管理办法是在主存储器的系统区中取若干个字组成的存储区域构造成一张位示图来指示磁盘存储空间的使用情况。一个盘组的分块确定后,根据可分配的总块数决定位示图由多少个字组成,位示图中的每一位与一块对应,“1”状态表示相应块已占用,“0”状态表示该块空闲。

 

25、确定空闲地址的通用公式为:

块号=字号*字长+位号

柱面号=【块号/柱面上的块号】

磁头号=【(块号mod柱面上的块数)/磁道上的扇区数】

扇区号=(块号mod柱面上的块数)mod磁道上的扇区数

 

26、归还一块时,寻找位示图中位置的通用公式为:

块号=柱面号*柱面上块数+磁头号*磁道上扇区数+扇区号

字号=【块号/字长】

位号=块号mod字长

 

27、空间块链接法有:(1)单块链接;(2)成组链接:在UNIX操作系统中,把磁盘存储空间的空闲块成组链接。

 

28、文件目录是文件系统实现按名存取的重要手段。文件目录由若干目录项组成,一个目录项用来登记与一个文件有关的信息,每个目录项中,除了指出文件的名字和文件存放的物理地址外,还可包含如何控制和管理文件的特性,例如,文件的类型、文件的组织方式、记录的长度、存取方式、存取权限以及文件的建立日期和保存期限等。有些系统把每个目录项看作是一个文件控制块,因而文件目录就是文件控制块的集合。

 

29、最简单的文件目录是一级目录结构,即把一卷存储介质上的所有文件都登记在一张目录表中。每当建立一个新文件时,就在文件目录中增加一个目录项;每当删去一个文件时,就在文件目录中删去该文件的目录项。一级目录结构管理简单,查找方便,一般在微型机的单用户系统中采用。一级目录结构不允许文件重名。

 

30、二级目录结构是为每个用户设置一张目录表,称为用户文件目录,再用一张总的目录表来登记各个用户的目录表存放地址,这张总的目录表称为主文件目录。采用二级目录结构后,不同的用户既可以用相同的文件名共享某个文件,也可以用不同的文件名共享某个文件。

 

31、有的文件系统允许用户为自己的不同类型的文件建立子目录,再把子目录登记在用户文件目录中。同样地,又可把子目录中的文件再细分后再建立下一级的目录。这样就逐渐形成了多层次的目录,称为多级目录结构。这种目录结构像一颗倒置的有根树,故也称为树形目录结构。在该树中从根向下,每一个节点是一个目录,根是主目录,也称为根目录,最末一个节点是文件。

 

32、在树形目录结构中,要访问一个文件时,必须指出文件所在的路径名。路径名可以从根目录开始到该文件的通道上所有各级目录名及该文件名拼起来组成的,各目录名与文件名之间用“\”隔开,称为据对路径。

 

33、每个用户都可把某级目录设置为当前工作目录。当要访问文件时,就可从当前目录开始设置路径,称为相对路径。用相对路径,可缩短搜索路径,提高搜索速度。

 

34、采用树形目录结构后,不仅允许不同的用户用相同的名字去命名文件,而且允许同一个用户在自己的不同子目录中使用相同的文件名。树形目录结构还有利于文件的分类,系统或用户可以把不同类型的文件登录在不同的子目录中,便于查找和管理。

 

35、文件的保护是指防止文件被破坏。造成文件可能被破坏的原因大致有四个方面:(1)天灾人祸(如地震、洪水、存储介质损坏、磁带或磁盘安装错误等);(2)硬件故障或软件失误;(3)共享文件时引起错误;(4)计算机病毒的侵害。在实现文件保护时应根据不同的情况采取不同的保护措施。

 

36、(1)为防止天灾人祸造成的破坏,通常采用建立多个副本的办法来保护文件。多个存储介质上的备用副本最好分别保存在相距较远的若干地方。

(2)对于因硬件故障或软件失误而引起的文件被破坏,也可以采用建立副本的办法来解决。副本既可建立在同类型的不同存储介质上,也可建立在不同类型的存储介质上。建立副本的方法简单易行,但系统开销增大,当文件更新时必须要改动所有的副本。因此,这种方法适用于容量较小且极为重要的文件。另一种保护方法是定时转储,即定时的把文件转储到其他存储介质上。

(3)为了防止用户共享文件时造成的破坏,可对每个文件规定存取权限。例如:只许读;可读可写;只许执行;不能删除,等等。在UNIX系统中按允许用户对文件存取的权限对用户进行分类。UNIX系统把用户分成三类:文件主、同组用户、其他用户。UNIX系统中各类用户对文件的存取权限仅是读、写、执行三种操作的组合。文件主对文件拥有全部的存取权力,且可根据情况规定他的同组用户及其他用户对文件的存取权限。

(4)防止计算机病毒的侵害的理想办法是预防,另一个就是安装杀毒软件。

 

37、文件的保密是指防止他人窃取文件。因此,为文件设计加密机制也是确保文件安全性的重要工作。为文件设置口令是实现文件保密的一种可行方法。为了防止口令被盗窃,系统应采取隐蔽口令的措施,即在显示文件目录时应把口令隐藏起来。当口令泄露时,应及时更改口令。对极少数极为重要的保密文件,可把文件信息翻译成密码形式保存,使用时再把它解密。密码的解码方式只限文件主及允许使用该文件的同组用户知道,于是其他用户就难以窃取到文件信息。当然这种方法会增加文件重新编码和译码的开销。

 

38、文件系统提供给用户的最基本的文件操作有:建立、打开、读、写、关闭和删除等。

 

39、文件系统完成“建立”操作的主要工作是:(1)让用户在指定的存储设备上装上存储介质;(2)检查该存储介质上是否已建立了文件目录,若无,则建立一个文件目录;(3)在文件目录中寻找一个空目录项,根据用户提供的参数在目录项中填上用户名、文件名等有关该文件的属性;(4)按存储设备类型和存取方式确定文件的存储结构;(5)做上该文件已“建立”的标志。注:用户应提供如下参数:用户名、文件名、存取方式、存储设备类型、存取权限、文件记录大小等。

 

40、文件系统在接到用户的“打开”要求后,要为用户做好使用文件前的准备工作。这些主要工作是:(1)让用户在指定的存储设备上装存储介质;(2)把存储介质上的文件目录读入主存储器;(3)按文件名检索文件目录,找出该文件的目录项;(4)核对用户口令,仅当输入的口令与目录项中口令一致时才允许打开;(5)核对存取方式是否与建立该文件时规定的存取方式一致;(6)找出文件存放在存储介质上的起始位置,把它作为当前位置;(7)对索引文件,应把该文件的索引表读入主存储器,以便后继的读操作能快速进行;(8)做上该文件已“打开”的标志。注:用户应提供如下参数:用户名、文件名、存取方式、存储设备类型、口令等。

 

41、文件系统完成“读”操作的主要工作是:(1)核对该用户是否已“打开”指定的文件,若尚未打开,则请用户先打开该文件;(2)核对存取方式是否合理;(3)若采用的是顺序存取方式,则从当前位置读一块或几块信息到指定的主存地址中,且把后继信息存放位置作为新的当前位置;(4)若采用的是随机存取方式,则按给定的记录号或记录建查索引表,得到记录存放地址后读出该记录。注:用户应提供如下参数:用户名、文件名、主存地址、存取方式、记录号或记录建、长度。

 

42、文件系统完成“写”操作的主要工作是:(1)核对用户文件是否已“建立”,若否,则请用户先调用“建立”操作;(2)寻找空闲的存储空间,按已确定的存储结构把主存中的文件信息写到所找出的存储块中;(3)对采用索引结构的文件须登记索引项。注:用户应提供如下参数:用户名、文件名、主存地址、存取方式、记录号或记录建、长度。

 

43、文件系统执行“关闭”操作的主要工作是:(1)检查是否是文件打开者或建立者请求关闭。若否,则拒绝关闭。(2)读到主存储器中的文件目录或索引表是否被修改过,若是,则把它们重新保存到存储介质上。(3)清除文件已“打开”或“建立”的标志。注:用户应提供如下参数:用户名、文件名。

 

44、文件系统执行“删除”操作的主要工作是:(1)在指定的设备上让用户装上含有该文件的存储介质;(2)检查文件是否已关闭,若否,则请先调用“关闭”操作;(3)在文件目录中删除该文件的目录项;(4)收回该文件占用的存储空间。注:用户应提供如下参数:用户名、文件名、存储设备类型。

 

45、用户的文件交系统管理后,为保证文件的安全可靠,用户使用文件的操作步骤为:

(1)读一个文件信息时,依次调用:

“打开”文件

“读”文件(可多次调用)

“关闭”文件

(2)写一个文件信息时,依次调用:

“建立”文件

“写”文件(可多次调用)

“关闭”文件

用户可调用“删除”操作要求删除一个有权删除的文件,但删除一个文件前应先关闭该文件。一个文件被删除后,系统收回该文件所占的存储空间。

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