第五章设备管理
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精选第五章设备管理-通道缓冲技术
通道程序完成实际I/O，启动I/O设备，执行完毕后， 如果还有下一条指令，则继续执行, 否则表示传输完成，向 CPU发I/O中断，并且通道停止工作。CPU接收中断信号， 从CSW中取得有关信息，决定下一步做什么。
5.6 缓 冲 技术
1 缓冲的引入
在OS中，引入缓冲技术的主要原因有： 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 （见下页图） 提高CPU和I/O设备之间的并行性 所以，为了提高I/O速度和设备利用率，许多计算机系 统通过设置缓冲区采用了缓冲技术来实现。
除了上述外，缓冲池还具有如下的工作缓冲区：
①用于收容输入数据的工作缓冲区； ②用于提取输入数据的工作缓冲区； ③用于收容输出数据的工作缓冲区； ④用于提取输出数据的工作缓冲区；
用户程序
三、缓冲区的工作方式
收容输入
hin
提取输出
sout
sin hout
提取输入 收容输出
①收容输入工作方式
输入数据时, 调用Getbuf(emq) 装满数据后, 调用Putbuf(inq, hin)
用户进程 用户区
操作系统
传送
缓冲区1
传送
缓冲区2
输入 I/O设备
输出 I/O设备
输入 I/O设备1
输出 I/O设备2
5.3.4 缓冲池(Buffer Pool)
目前广泛流行的公用缓冲池，由于可供多个进程共享， 可提高缓冲区的利用率。 一、缓冲池(Buffer Pool)的组成
对于可用于I/O的缓冲池，包含的缓冲区类型有： ①空（闲）缓冲区； ②装满输入数据的缓冲区； ③装满输出数据的缓冲区。 对应的有以下三个缓冲队列： ①空缓冲队列emq。由空缓冲区所链成的队列 ②输入队列inq。由装满输入数据的缓冲区所链成的 队列 ③输出队列outq。由装满输出数据的缓冲区所链成的 队列
5.6 缓 冲 技术
1 缓冲的引入
在OS中，引入缓冲技术的主要原因有： 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾 减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 （见下页图） 提高CPU和I/O设备之间的并行性 所以，为了提高I/O速度和设备利用率，许多计算机系 统通过设置缓冲区采用了缓冲技术来实现。
除了上述外，缓冲池还具有如下的工作缓冲区：
①用于收容输入数据的工作缓冲区； ②用于提取输入数据的工作缓冲区； ③用于收容输出数据的工作缓冲区； ④用于提取输出数据的工作缓冲区；
用户程序
三、缓冲区的工作方式
收容输入
hin
提取输出
sout
sin hout
提取输入 收容输出
①收容输入工作方式
输入数据时, 调用Getbuf(emq) 装满数据后, 调用Putbuf(inq, hin)
用户进程 用户区
操作系统
传送
缓冲区1
传送
缓冲区2
输入 I/O设备
输出 I/O设备
输入 I/O设备1
输出 I/O设备2
5.3.4 缓冲池(Buffer Pool)
目前广泛流行的公用缓冲池，由于可供多个进程共享， 可提高缓冲区的利用率。 一、缓冲池(Buffer Pool)的组成
对于可用于I/O的缓冲池，包含的缓冲区类型有： ①空（闲）缓冲区； ②装满输入数据的缓冲区； ③装满输出数据的缓冲区。 对应的有以下三个缓冲队列： ①空缓冲队列emq。由空缓冲区所链成的队列 ②输入队列inq。由装满输入数据的缓冲区所链成的 队列 ③输出队列outq。由装满输出数据的缓冲区所链成的 队列
精选设备管理IO设备
第五章 设 备 管 理
3) 这种分类方式可将I/O (1) 独占设备。 (2) (2) 共享设备。 (3) (3) 虚拟设备。
第五章 设 备 管 理
2. 设备与控制器之间的接口
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设 备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
图 5-1 设备与控制器间的接口
第五章 设 备 管 理
5.1.2 设备控制器
1. 设备控制器的基本功能 1) 接收和识别命令 2) 2) 数据交换 3) 3) 标识和报告设备的状态 4) 4) 地址识别 5) 5) 数据缓冲 6) 6) 差错控制
第五章 设 备 管 理
2. 设备控制器的组成
CPU与 控 制 器 接 口
数据线
地址线 控制线
T3(缓 冲 3)
T4(缓 冲 4)
(b)
M1
M2
M3
M4
C1
C2
C3
C4
(2) 内存地址寄存器MAR。在输入时，它存放把数据从 设备传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存 到设备的内存源地址。
(3) 数据寄存器DR。用于暂存从设备到内存，或从内存 到设备的数据。
(4) 数据计数器DC。 存放本次CPU要读或写的字(节)数。
第五章 设 备 管 理
3. DMA工作过程 设置AR和DC初值
一是其指令类型单一，这是由于通道硬件比较简单， 其所能执行的命令，主要局限于与I/O操作有关的指令； 再 就是通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主 机的内存中的， 换言之，是通道与CPU共享内存。
第五章 设 备 管 理
2. 通道类型 1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel)
北航任爱华操作系统课件—第五章_设备管理
通道
由进程P来的I/O请求 搜索SDT找到DCT指针
A 搜索DCT指针， 找到COCT指针 是 控制器忙吗？ 否 分配控制器给进程P 搜索COCT找到CHCT指针 进程P按分配策略 入I/O等待队列 等待该设备空闲 是 进程P 等待通道
查DCT 该设备忙？ 否 按分配策略选取 占据该设备的进程
是
进程P等待控制器
• • • • • • Linux输入/输出的过程概述 设备驱动程序基础 Linux的中断处理 设备驱动程序的框架 字符设备驱动程序 块设备驱动程序
概述
输入/输出请求 出错返回
设备无关软件 标准设备接口（read,write,open,close,…) 设备文件 (在/dev目录下) 设备驱动程序
输入/输出软件的作用
I/O请求 I/O应答
4-用户进程 3-设备无关软件
使用I/O系统调用：格式化I/O
命名、保护、阻塞、缓冲、分配设备
设备服务子程序 2-设备驱 动程序 1-中断处理程序 硬 件
设置设备寄存器、检测状态 I/O结束时，唤醒设备服务子程序 执行I/O操作
输入/输出请求 的提交周期
Linux文件系统的层次结构
返回
设备驱动分层结构
设备驱动程序基础
• • 总线： CPU和I/O设备是通过总线连接起来。 PC机常见总线有ISA,PCI等等。 I/O地址空间： 所有设备的寄存器组成。 察看文件:/proc/ioports I/O数据传输： 忙等待、中断方式、DMA方式 设备分类： 字符设备、块设备 设备名： 主设备号(驱动程序)、次设备号(驱动程序的参数） 设备文件： 在/dev目录下，在内核中由file结构表示。 设备驱动程序接口：由file_operations数据结构完成。
由进程P来的I/O请求 搜索SDT找到DCT指针
A 搜索DCT指针， 找到COCT指针 是 控制器忙吗？ 否 分配控制器给进程P 搜索COCT找到CHCT指针 进程P按分配策略 入I/O等待队列 等待该设备空闲 是 进程P 等待通道
查DCT 该设备忙？ 否 按分配策略选取 占据该设备的进程
是
进程P等待控制器
• • • • • • Linux输入/输出的过程概述 设备驱动程序基础 Linux的中断处理 设备驱动程序的框架 字符设备驱动程序 块设备驱动程序
概述
输入/输出请求 出错返回
设备无关软件 标准设备接口（read,write,open,close,…) 设备文件 (在/dev目录下) 设备驱动程序
输入/输出软件的作用
I/O请求 I/O应答
4-用户进程 3-设备无关软件
使用I/O系统调用：格式化I/O
命名、保护、阻塞、缓冲、分配设备
设备服务子程序 2-设备驱 动程序 1-中断处理程序 硬 件
设置设备寄存器、检测状态 I/O结束时，唤醒设备服务子程序 执行I/O操作
输入/输出请求 的提交周期
Linux文件系统的层次结构
返回
设备驱动分层结构
设备驱动程序基础
• • 总线： CPU和I/O设备是通过总线连接起来。 PC机常见总线有ISA,PCI等等。 I/O地址空间： 所有设备的寄存器组成。 察看文件:/proc/ioports I/O数据传输： 忙等待、中断方式、DMA方式 设备分类： 字符设备、块设备 设备名： 主设备号(驱动程序)、次设备号(驱动程序的参数） 设备文件： 在/dev目录下，在内核中由file结构表示。 设备驱动程序接口：由file_operations数据结构完成。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
第五章设备管理（一）简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。
以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的次数。
例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么？P155【解】引入缓冲的主要原因是：●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。
答：引入缓冲的主要原因：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。
解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
第五章设备管理-PPT精品
计算机操作系统
第五章 设备管理
组成
CPU与控制器接口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
控制线
计算机操作系统
控 制器 与 设备 接 口
控制器 与设备 接口1
数据 状态 控制
… …
I/O逻辑
控制器 与设备 接口i
数据 状态 控制
第五章 设备管理
5.1.3 I/O通道
计算机操作系统
1. I/O通道(I/O Channel)设备的引入
检查
状态？
I/O→CPU 出错
CPU与I/O设备速度不匹配，使得CPU极从大I/O浪控就制费绪器 中读入字 I/O→CPU
向存储器 中写字
CPU→内存
未完
传送
完成？
完成
下条指令
(a) 程序I/O方式
5.2.2 中断驱动I/O控制方式
CPU、设备并行工作 提高了系统的资源利用率和吞吐量 以字（节）为单位进行干预
计算机操作系统 第五章 设备管理
I /O设备通道、控制器连接方式（多通路）
处理机
内存
I/O通道 控制器
I/O通道 控制器
I/O设备 I/O设备 I/O设备 I/O设备
5.2 I/O控制方式
向I/O控制器 CPU→I/O 发读命令
5.2.1 程序I/O方式
忙-等方式
读I/O控制器 未 的状态 就 绪
★指令类型单一 ★通道没有自己的内存，通道与CPU共享内存
第五章操作系统
1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel) 2) 数组选择通道(Block Selector Channel) 3) 数组多路通道(Block Multiplexor Channel)
新版GMP实务教程 第五章 设备管理(2)ppt课件
二、制药用水管理
（一）制药用水制备
1．原水处理 2．纯化水制备 ➢ 离子交换法 ➢ 电渗析 ➢ 电去离子法 ➢ 反渗透法 ➢ 大孔树脂法 ➢ 过滤法 ➢ 化学方法。 3．注射用水的制备 ➢ 蒸馏法 ➢ 反渗透法
图5-23 二离级子反交渗换透法法纯纯化化水水制制备备工工艺艺流流程程图图
二、制药用水管理 （二）制药用水系统附属设备
计量特性进行全面的评定，确定合法性 检定规程
确☞定合格
报 告 校准报告
检定合格证书、不合格报告
三、计量管理内容
校准管理内容包括：校准周期、校准规程、校准环境、校准记
录与报告、不合格校准结果的处理。
➢校准周期
➢校准规程
✓ 溯源链
✓ 校准标准 ✓ 校准人员 ✓ 校准方法
不合格的仪器采取修理、调整、限制使用、降级、报废处理。
对比项准目 的水。GM纯化P水规定工艺用水通注射常用水分为三类：灭菌饮注射用用水水、
来源 纯化蒸水馏、和离子注交换射、反用渗透水等方。法制得
性状
无色澄明液体，无臭，无味
pH ➢ 饮用符水合规定
➢ 纯化水 氨
硝酸盐
≤3.00×10-6g/100ml ≤6.00×10-6g/100ml
➢ 注射用水 亚硝酸盐
≤2.00×10-6g/100ml
重金属
≤1.00×10-6g/100ml
纯化水经蒸馏所得 无色澄明液体，无臭，无味
5.0～7.0 ≤2.00×10-6g/100ml ≤6.00×10-6g/100ml ≤2.00×10-6g/100ml ≤1.00×10-6g/100ml
由注射用水灭菌制得
①按注射用水项下检 验符合规定； ②符合注射剂项下〔 《中国药典》（2010 年版二部）〕附录ⅠB 规定
第5章 设备综合管理
（2） 保证设备精度，提高合格品率。现在设备的自动化程度不断提高，产品质量越来越取决于设备的精度与性能。为此，提高设备的精度和性能才能提高产品的合格品率。
（一） 设备综合管理的主要目的设备综合管理的主要目的是用技术上先进、经济上合理的装备，采取有效措施，保证设备高效率、长周期、安全、经济地运行，以保证企业获得最好的经济效益。
二、设备的更新
1．有形磨损设备在寿命期内，无论在使用还是闲置状态，都会因其形态产生变化而逐渐损坏，设备物质形态的这种逐渐变化造成的损耗，称为有形磨损。有形磨损根据产生的原因可分为使用磨损和自然磨损两种。设备在使用中，由于输入能量而运转，产生摩擦、振动、疲劳，致使相对运动的零部件实体产生磨损，这种有形磨损称为使用磨损。设备寿命期内，由于自然力量的作用或因保管不善而造成的锈蚀、老化、腐朽，甚至引起工作精度和工作能力的丧失，称为自然磨损。
一、设备的选择
沉稳
设备的环保性是指设备的噪声和设备排放的有害物质对环境的污染程度。选择设备时，要选择能把“三废”（废水、废气、废渣）和噪声控制在一定的标准范围之内的设备，要求设备配备相应治理“三废”（废水、废气、废渣）的附属装置或净化设备。
5.环保性
设备的成套性是指设备要配套。要使设备尽快形成生产能力，应考虑：单机配套，即备件、配件、随机工具要成套；机组配套，即一组机器的主机、辅机、控制装置等要配套；工程项目配套，即一个新建项目的各种机器设备要配套；等等。
（二） 设备经济管理
（三） 设备综合效率管理
（1） 提高设备性能开动率。加强设备的技术改造，提高设备性能和缩短理论加工节拍；不断地优化产品的实际加工节拍。
（3） 控制设备停机时间。为了参与国际竞争，提出了“销、供、产”生产经营模式，这样就要求企业加快流动资金的周转和提高企业的柔性，严格控制设备的各项停机时间，追求“0”目标。
（一） 设备综合管理的主要目的设备综合管理的主要目的是用技术上先进、经济上合理的装备，采取有效措施，保证设备高效率、长周期、安全、经济地运行，以保证企业获得最好的经济效益。
二、设备的更新
1．有形磨损设备在寿命期内，无论在使用还是闲置状态，都会因其形态产生变化而逐渐损坏，设备物质形态的这种逐渐变化造成的损耗，称为有形磨损。有形磨损根据产生的原因可分为使用磨损和自然磨损两种。设备在使用中，由于输入能量而运转，产生摩擦、振动、疲劳，致使相对运动的零部件实体产生磨损，这种有形磨损称为使用磨损。设备寿命期内，由于自然力量的作用或因保管不善而造成的锈蚀、老化、腐朽，甚至引起工作精度和工作能力的丧失，称为自然磨损。
一、设备的选择
沉稳
设备的环保性是指设备的噪声和设备排放的有害物质对环境的污染程度。选择设备时，要选择能把“三废”（废水、废气、废渣）和噪声控制在一定的标准范围之内的设备，要求设备配备相应治理“三废”（废水、废气、废渣）的附属装置或净化设备。
5.环保性
设备的成套性是指设备要配套。要使设备尽快形成生产能力，应考虑：单机配套，即备件、配件、随机工具要成套；机组配套，即一组机器的主机、辅机、控制装置等要配套；工程项目配套，即一个新建项目的各种机器设备要配套；等等。
（二） 设备经济管理
（三） 设备综合效率管理
（1） 提高设备性能开动率。加强设备的技术改造，提高设备性能和缩短理论加工节拍；不断地优化产品的实际加工节拍。
（3） 控制设备停机时间。为了参与国际竞争，提出了“销、供、产”生产经营模式，这样就要求企业加快流动资金的周转和提高企业的柔性，严格控制设备的各项停机时间，追求“0”目标。
【Linux操作系统】第5章--设备管理
对于SCSI硬盘，执行的命令如下：
[root@redflag /root]#mount –t vfat /dev/sda4 /mnt/windows
使用“-t vfat”选项，是因为Windows 下文件系统是FAT 32格式的。
【说明】 我们可以通过修改/etc/fstab 文件，使得系统每次启动时自动加载。 /etc/fstab文件的内容如下：
如何处理缓冲，字符设备是靠自己实现
缓冲，块设备通常以512字节或1024字节
(甚至更大)的组块进行通信，它们通过系
设备驱动程序和设备文件很详细地
标明了设备是字符设备还是块设备。要
识别一个设备的类型，只需要查看一下
设备文件中的权限位就可以了。如果权 限位中的第一个字符是b，则该设备就是 块设备；若是c，则说明它是字符设备。 如图5-1所示的是我们从/dev目录清单中 摘录的一段，用户可以由权限位的第一 个字符来判断设备是何种类型。
/dev/hda7
/
reiserfs
defaults,notail
1
1
/dev/hda5
/mnt/windows
vfat
defaults
0
0
/dev/cdrom /mnt/cdrom
iso9660
noauto,owner,ro
0
0
/dev/hda6
swap
swap
defaults
0
0
/dev/fd0 none none
指可以通过SMB网络来访问的连接于非
本地系统的打印队列。
④ NetWare Printer(NCP)：指可以通
过NetWare网络来访问的连接于非本地系
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目录表
Hash函数
键值K
H
(3) 索引文件
(4) Hash文件的逻辑结构
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7.3 文件的物理结构
一、连续分配 文件占用连续的盘块 优缺点：对顺序文件的存取速度最快、空间
限制。需知道文件的长度，存在外存碎片。
文件A 0 12 3
文件B 4 56 7
8 9 10 11 文件C
12 13 14 15
第七章 文件管理
计算机中大量的文件与数据，存放 在不同的存储介质中，用户和系统在使 用时需要频繁地对它们进行访问。为此， 在操作系统中引入并建立了文件管理系 统，以完成外存上的大量文件信息的管 理。
本章主要讲述文件与文件系统、文 件的组织和存取，以及文件的保护。
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本章主要内容
7.1 文件和文件系统 7.2 文件的逻辑结构 7.3 文件的物理结构 7.4 文件目录管理 7.5 文件存储空间的管理 7.6 文件共享和保护
变长记录读写指针读写完一个记录，
指针便执行Rp=Rp+Li+1
(Li为i记录长度，1？，p228图7-3）。
(2) 顺序文件
优点：适合批量存取，可存放在磁带上。定长记录可直接存
取。
缺点：增加、删除记录困难。增加一个运行事务文件。 跳转到第一页
(3) 索引文件 为文件建立一个按记录键排序的索引文件，记录每条记录的
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(1)堆文件（无结构文件） 以字节为单位，用读写指针来指出
下一个要访问字符。记录文件的特例。 访问速率慢。
（2) 顺序文件
(1) 堆文件
按记录的输入顺序排列；按某种关键字排列。利用有效的
查找算法提高查找速度。
定长记录读写指针指向下一个读写记录
的首地址。读写完一个记录，指针便执行
Rp=Rp+L(记录长度）。
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7.1 文件和文件系统
7.1.1 文件
文件：具有名字的一组相关元素的集合。文件分无结构和结构：域(基本
数据项）、记录（数据项组合）、数据库 。文件具有属性。
7.1.2 文件的分类
普通文件、特殊文件、目录文件
7.1.3 文件系统管理
（1）文件存储空间的管理。分配和回收存储空间，提高存储 空间的利用率。
更好的安全性
每一个文件都在主控文件表MFT中占一条记录。在NTFS分区
上，可以为共享资源、文件夹以及文件设置访问许可权限。许可
的设置包括两方面的内容：一是允许哪些组或用户对文件夹、文
件和共享资源进行访问；二是获得访问许可的组或用户可以进行
什么级别的访问。通过安全日志就可以查看哪些组或用户对文件
夹、文件或活动目录对象进行了什么级别的操作，从而发现系统
可能面临的非法访问，通过采取相应的措施，将这种安全隐患减
到最低。
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磁盘空间的有效管理
NTFS采用了更小的簇,可以更有效率地管理磁盘空间。在Win 2000的FAT32文件系统的情况下，分区大小在2GB～8GB时簇的大 小为4KB；分区大小在8GB～16GB时簇的大小为8KB；分区大小 在16GB～32GB时,簇的大小则达到了16KB。而Win 2000的NTFS文 件系统，当分区的大小在2GB以下时，簇的大小都比相应的FAT32 簇小;当分区的大小在2GB以上时(2GB～2TB),簇的大小都为4KB。 相比之下，NTFS可以比FAT32更有效地管理磁盘空间，最大限度 地避免了磁盘空间的浪费。LCN和VCN
FAT16，64个盘块时，则达到2048MB。内部零头 大。FAT32一个簇在FAT表占4个字节，固定4KB，即8 个盘块，最大空间2TB。但是FAT32分配表扩大，运行 速度变慢。文件长度最大4GB。 4.NTFS：NTFS是Windows NT以及之后的Windows 2000、 Windows XP、Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Vista和Windows 7的标准文件系统。 NTFS取代了文件分配表（FAT）文件系统，为Microsoft 的Windows系列操作系统提供文件系统。
16 17 18 19
文件目录
文件名 起始块 长度
文件A
1
3
文件B
6
5
文件C
15
2
连续文件分配
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二、链接分配
1.隐式链接：起始块号和结束块号。簇的分配方式可 改变检索速度。
优缺点：存取速度较慢、不适合直接存取、空间不 连续
文件B 0 12 3 4 56 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
2. 对对象管理和操纵的软件集合：文件系统的功能、文件系 统核心。
3. 文件系统的接口
文件系统接口 对对象操纵和管理的软件集合 对象及其属性
文件系统模型
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7.2 文件的逻辑结构
原则： 速度、维护、空间、保护 两大类： 无结构的字符流、有结构的记录型 存取方法： 顺序存取、随机存取、按鍵存取
（2）实现文件名到物理地址的映射：这一映射功能对用户是 透明的，用户不必了解文件的存放位置和查找方法，只须给 出文件名即可。
（3）实施对文件的操作：建立、删除、读写和目录操作。
（4）实现文件的共享和提供文件保护功能。
（5）提供操作文件的接口：命令、程序、菜单等操作文件的
方式。
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7.1.4 文件系统模型 1. 对象及其属性：文件、目录、磁盘空间
长度和指向该记录的指针。顺序和直接存取都 索引分为完全索引，部分索引（分组索引）。 优点：查找快，适合很少对所有数据进行处理的应用中。 缺点：索引占用存储空间，修改文件，修改索引文件
(4) 直接文件 由Hash函数所求得的记录地址指向一个目录表的表目。该表
目内容指向记录对应的地址。
完全索引 完全索引 部分索引
文件名 文件B
文件目录
起始分配
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2.显式链接：链接文件的各物理指针，显式的存放在内 存中一张表中（FAT）。每个表项中存放一个盘块号 优缺点：对文件的查找在内存中，减少了访问磁盘的次 数。FAT占用内存。
显式链接文件分配
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3.FAT：MS-DOS使用的是FAT12，磁盘的每个卷划分 一个单独区存放文件目录信息和FAT表。一个扇区512 字节，每个磁盘分区容量2MB。以簇为单位分配，如果 一个簇包含8个扇区，则64MB。
Hash函数
键值K
H
(3) 索引文件
(4) Hash文件的逻辑结构
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7.3 文件的物理结构
一、连续分配 文件占用连续的盘块 优缺点：对顺序文件的存取速度最快、空间
限制。需知道文件的长度，存在外存碎片。
文件A 0 12 3
文件B 4 56 7
8 9 10 11 文件C
12 13 14 15
第七章 文件管理
计算机中大量的文件与数据，存放 在不同的存储介质中，用户和系统在使 用时需要频繁地对它们进行访问。为此， 在操作系统中引入并建立了文件管理系 统，以完成外存上的大量文件信息的管 理。
本章主要讲述文件与文件系统、文 件的组织和存取，以及文件的保护。
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本章主要内容
7.1 文件和文件系统 7.2 文件的逻辑结构 7.3 文件的物理结构 7.4 文件目录管理 7.5 文件存储空间的管理 7.6 文件共享和保护
变长记录读写指针读写完一个记录，
指针便执行Rp=Rp+Li+1
(Li为i记录长度，1？，p228图7-3）。
(2) 顺序文件
优点：适合批量存取，可存放在磁带上。定长记录可直接存
取。
缺点：增加、删除记录困难。增加一个运行事务文件。 跳转到第一页
(3) 索引文件 为文件建立一个按记录键排序的索引文件，记录每条记录的
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(1)堆文件（无结构文件） 以字节为单位，用读写指针来指出
下一个要访问字符。记录文件的特例。 访问速率慢。
（2) 顺序文件
(1) 堆文件
按记录的输入顺序排列；按某种关键字排列。利用有效的
查找算法提高查找速度。
定长记录读写指针指向下一个读写记录
的首地址。读写完一个记录，指针便执行
Rp=Rp+L(记录长度）。
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7.1 文件和文件系统
7.1.1 文件
文件：具有名字的一组相关元素的集合。文件分无结构和结构：域(基本
数据项）、记录（数据项组合）、数据库 。文件具有属性。
7.1.2 文件的分类
普通文件、特殊文件、目录文件
7.1.3 文件系统管理
（1）文件存储空间的管理。分配和回收存储空间，提高存储 空间的利用率。
更好的安全性
每一个文件都在主控文件表MFT中占一条记录。在NTFS分区
上，可以为共享资源、文件夹以及文件设置访问许可权限。许可
的设置包括两方面的内容：一是允许哪些组或用户对文件夹、文
件和共享资源进行访问；二是获得访问许可的组或用户可以进行
什么级别的访问。通过安全日志就可以查看哪些组或用户对文件
夹、文件或活动目录对象进行了什么级别的操作，从而发现系统
可能面临的非法访问，通过采取相应的措施，将这种安全隐患减
到最低。
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磁盘空间的有效管理
NTFS采用了更小的簇,可以更有效率地管理磁盘空间。在Win 2000的FAT32文件系统的情况下，分区大小在2GB～8GB时簇的大 小为4KB；分区大小在8GB～16GB时簇的大小为8KB；分区大小 在16GB～32GB时,簇的大小则达到了16KB。而Win 2000的NTFS文 件系统，当分区的大小在2GB以下时，簇的大小都比相应的FAT32 簇小;当分区的大小在2GB以上时(2GB～2TB),簇的大小都为4KB。 相比之下，NTFS可以比FAT32更有效地管理磁盘空间，最大限度 地避免了磁盘空间的浪费。LCN和VCN
FAT16，64个盘块时，则达到2048MB。内部零头 大。FAT32一个簇在FAT表占4个字节，固定4KB，即8 个盘块，最大空间2TB。但是FAT32分配表扩大，运行 速度变慢。文件长度最大4GB。 4.NTFS：NTFS是Windows NT以及之后的Windows 2000、 Windows XP、Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Vista和Windows 7的标准文件系统。 NTFS取代了文件分配表（FAT）文件系统，为Microsoft 的Windows系列操作系统提供文件系统。
16 17 18 19
文件目录
文件名 起始块 长度
文件A
1
3
文件B
6
5
文件C
15
2
连续文件分配
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二、链接分配
1.隐式链接：起始块号和结束块号。簇的分配方式可 改变检索速度。
优缺点：存取速度较慢、不适合直接存取、空间不 连续
文件B 0 12 3 4 56 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
2. 对对象管理和操纵的软件集合：文件系统的功能、文件系 统核心。
3. 文件系统的接口
文件系统接口 对对象操纵和管理的软件集合 对象及其属性
文件系统模型
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7.2 文件的逻辑结构
原则： 速度、维护、空间、保护 两大类： 无结构的字符流、有结构的记录型 存取方法： 顺序存取、随机存取、按鍵存取
（2）实现文件名到物理地址的映射：这一映射功能对用户是 透明的，用户不必了解文件的存放位置和查找方法，只须给 出文件名即可。
（3）实施对文件的操作：建立、删除、读写和目录操作。
（4）实现文件的共享和提供文件保护功能。
（5）提供操作文件的接口：命令、程序、菜单等操作文件的
方式。
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7.1.4 文件系统模型 1. 对象及其属性：文件、目录、磁盘空间
长度和指向该记录的指针。顺序和直接存取都 索引分为完全索引，部分索引（分组索引）。 优点：查找快，适合很少对所有数据进行处理的应用中。 缺点：索引占用存储空间，修改文件，修改索引文件
(4) 直接文件 由Hash函数所求得的记录地址指向一个目录表的表目。该表
目内容指向记录对应的地址。
完全索引 完全索引 部分索引
文件名 文件B
文件目录
起始分配
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2.显式链接：链接文件的各物理指针，显式的存放在内 存中一张表中（FAT）。每个表项中存放一个盘块号 优缺点：对文件的查找在内存中，减少了访问磁盘的次 数。FAT占用内存。
显式链接文件分配
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3.FAT：MS-DOS使用的是FAT12，磁盘的每个卷划分 一个单独区存放文件目录信息和FAT表。一个扇区512 字节，每个磁盘分区容量2MB。以簇为单位分配，如果 一个簇包含8个扇区，则64MB。