操作系统——第七章笔记

文件管理
1.文件和文件系统
文件管理：把所管理的程序和数据组织成一系列的文件，并能进行合理的存储、使用等操作。
1.1基本概念
1）数据项：描述对象某种属性的字符集；是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位。
2）记录：一组相关数据项集合，描述对象某方面的属性；
3）关键字：一个记录中的一个或几个数据项的集合，用于唯一的标识一个记录。
4）文件：由创建者定义的、具有文件名的一组相关元素的集合。
 有结构：由相关记录组成
 无结构：字符流的形式
 属性：类型、长度、物理位置、创建时间
1.2文件类型
不同的系统对文件的管理方式不同
1）大多用扩展名标志文件类型，按如下几种方式分类文件
 按用途：系统、用户、库文件
 按数据形式：源文件、目标文件、可执行文件
 按存取控制属性：只执行、只读、读写
 按组织和处理方式：普通文件、目录文件、特殊（设备）文件
1.3文件系统模型
系统管理文件模型

1.3.1文件管理的内核程序：
 文件目录的管理
 文件共享和保护等
 文件存储空间的管理
 文件逻辑地址转换
 文件读写管理
1.3.2文件管理的内核程序的四个层次：
4）逻辑文件系统 ：按名访问，记录存取，保护共享等
3）基本I/O管理程序 ：与磁盘I/O有关的事务：逻辑块号到物理块号的映射；空闲块管理；指定I/O缓冲
2）基本文件系统层 ：处理内存与磁盘间数据块的交换。
1）I/O控制层 ：由磁盘驱动程序等组成的最底层，也称设备驱动层。
1.4文件操作
1）最基本的操作
 创建/删除文件：分空间，形成FCB及目录（名，地址）
 读、写：按名检索目录，找到文件地址，开始读、写
 设置文件读写位置，实现随机存取（尤其适用于记录文件）
2）还需要：“打开”与“关闭”：
文件读/写操作 = 检索 + 读/写。
 每次读写前都要重复检索增大开销。所以为了方便对同一文件的多次读写，一次检索到文件后就在内存中记录其位置，避免重复检索。被记录下位置的文件就是“打开”文件；
 不需要再操作文件时，通过“关闭”这个系统调用关闭文件——即从打开文件表上删除其路径信息即可。
3）其他操作：改名、改所属用户、改访问权限等属性的操作。
2.文件的逻辑结构
文件系统设计的关键要素：如何构成一个文件，以及如何存储在外存。
2.1文件结构：
1）文件的逻辑结构file logical structure：按用户观点如何组织数据；又称文件组织file organization
 基本要求：检索速度高、方便修改、降低存储空间费用（不连续）
2）文件的物理结构：根据外存上的物理块的分配机制，记录文件外存的存储结构。用户感知不到的。
2.2文件逻辑结构的类型
2.2.1有结构文件（记录式）
1）定长记录
2）变长记录
如何组织记录：
 顺序文件。系统需按该类型记录“长度”，通常定长。
 索引文件。系统需为文件建立索引表。
 索引顺序文件。建索引表，记录每组记录的第一个记录位置。
2.2.2无结构文件（字符流式）
1）字节为单位，利用读写指针依次访问。
2）系统对该类文件不需格式处理。
2.3文件分类
2.3.1顺序文件
1）两种记录排列方式
 串结构：按记录形成的时间顺序串行排序。记录顺序与关键字无关；
 顺序结构：按关键字排序。
2）检索方法：
 从头检索，顺序查找要找的记录，定长的计算相对快。
 顺序结构，可用折半查找、插值查找、跳步查找等算法提高效率
3）具体的寻址过程：
 第i条记录地址（定长） ：
读写指针 + 记录长度： ptr + iL
 第i条记录地址（变长） ：
扫描或读取前面0~i-1条记录
 第i条记录地址（变长）
变长记录数据前用1字节保存每条记录长度，顺序扫描，但不用把记录全扫描完
4）顺序结构记录按关键字排序，可按关键字检索
 定长：结合折半查找算法等提高检索速度
 变长：从第1个记录开始顺序扫描，直到扫描到要检索的关键字标识的记录（例如：数据库、文件系统的基于文件名排序的目录检索）
5）顺序文件的优缺点：
 不方便随机存取某条记录，但适用批量存取的场合。
 适合磁带等特殊介质。
 单记录的查找、修改等交互性差；增减不方便（改进办法：把增删改的记录登记在一个事务文件中，在某段时间间隔后再与原文件合并更新）。
2.3.2索引文件
为了方便单个记录的随机存取，为文件建立一个索引表，记录每项记录在文件的逻辑地址及记录长度；该索引表按关键字排序，。
1）索引表内容：索引号、长度、记录地址指针
2）检索效率
 索引表本身即是个按记录键排序的定长顺序文件，所以能利用算法提高索引表检索速度
3）折半检索过程举例
 给出用户关键字
 检索索引表(设有n条记录,设一个索引表项占x字节)，则索引表的xn/2字节处记录着n/2号记录的地址
 根据第2步的地址，读一条记录，若记录中关键字不匹配，再判断找第n/4还是第n/2+n/4条记录
4）一个索引文件可以有多个索引表
为方便用户根据不同记录属性检索记录，为顺序文件建立多个索引表，每种能成为检索条件的域都配备一张索引表。
5）索引文件的优缺点
 适用于变长记录，可提高检索速度，实现直接存取
 索引表增加了存储开销
2.3.3索引顺序文件
1）既要方便，又要降低开销
2）本方式是最常见的一种逻辑文件形式。
 将顺序文件的所有记录分组
 还是建立索引表，但每个表项记录的是每组第1条记录的键值和地址。
 组内记录仍按顺序方式检索和使用。
3）检索一条记录的过程：
 先计算记录是在第几组，然后再检索索引确定组在哪里后，在组内顺序查找。
4）可利用多级索引，进一步提高检索效率。
2.3.4直接文件
1）给定键值（如学号）不需顺序检索直接得到记录的物理地址
2）用户对文件的操作由操作系统按文件结构分析执行
3）而操作归根到底要到外存中进行实质操作。