数据结构——文件分析
UBI文件系统分析
UBI文件系统分析技术一部：曾宪炀L o g o1 2 3 4UBIFS在linux中层次结构图UBIFS介绍UBIFS驱动—UBI子系统UBIFS重要数据结构介绍大纲UBIFS在linux系统中的层次结构图UBIFS分区布局UBIFS的六个分区：1.Super Block:超级块分区（superblock area）使用LEB0。
该区域保存文件系统配置相关信息，如：LEB大小、最大LEB数、日志区域占用的LEB数等。
2.master area:主节点分区（master area）使用LEB1和LEB2。
主分区中包含两个主节点，主节点保存索引树根节点位置、为垃圾回收保留的LEB号、LPT管理的所有LEB脏空间总和等，一般情况下，两个主节点保存着相同数据，主节点大小为512 byte。
3.Journal area:日志分区（journal area）从LEB3开始。
为了降低节点的更新频率，UBIFS中创建了journal区，在其中缓存对节点的修改，然后一次写到Flash上去，这样就降低了更新的频率。
当需要修改索引树叶节点时并不会马上更新闪存上的索引树，首先更新RAM中的TNC，同时将更新信息以日志方式记录在内存中，等到commit时再更新闪存上的索引树。
日志由log和bud组成。
log记录日志位置，log包含两种类型的节点：commit开始节点、引用节点。
commit开始节点记录commit过程的开始，引用节点记录bud的数量。
UBIFS分区布局4.LPT area:LEB属性树分区（LEB Properties Tree area，简称LPT area），跟随在日志之后，LPT 的大小在创建文件系统时确定，LPT使用B+树结构。
该区域除了包含LEB属性树外，还维护一张擦除块表LTAB（LPT area erase blocks）和一张LEB数量信息表LSAVE。
5.Orphan:孤儿分区（orpan area）在log area和main area之间，使用固定数目的LEB。
Ext4文件系统架构分析（一）
Ext4⽂件系统架构分析（⼀）本⽂描述Ext4⽂件系统磁盘布局和元数据的⼀些分析，同样适⽤于Ext3和Ext2⽂件系统，除了它们不⽀持的Ext4的特性外。
整个分析分两篇博⽂，分别概述布局和详细介绍各个布局的数据结构及组织寻址⽅式等。
感兴趣的看官敬请留意和指导！1. Ext4⽂件系统布局综述⼀个Ext4⽂件系统被分成⼀系列块组。
为减少磁盘碎⽚产⽣的性能瓶颈，块分配器尽量保持每个⽂件的数据块都在同⼀个块组中，从⽽减少寻道时间。
以4KB的数据块为例，⼀个块组可以包含32768个数据块，也就是128MB。
1.1 磁盘布局Ext4⽂件系统的标准磁盘布局如下：Ext4⽂件系统主要使⽤块组0中的超级块和块组描述符表，在其他⼀些特定块组中有超级块和块组描述符表的冗余备份。
如果块组中不含冗余备份，那么块组就以数据块位图开始。
当格式化磁盘成为Ext4⽂件系统的时候，mkfs将在块组描述符表后⾯分配预留GDT表数据块(“Reserve GDT blocks”)以⽤于将来扩展⽂件系统。
紧接在预留GDT表数据块后的是数据块位图与inode表位图，这两个位图分别表⽰本块组内的数据块与inode表的使⽤，inode表数据块之后就是存储⽂件的数据块了。
在这些各种各样的块中，超级块、GDT、块位图、Inode位图都是整个⽂件系统的元数据，当然inode表也是⽂件系统的元数据，但是inode表是与⽂件⼀⼀对应的，我更倾向于将inode当做⽂件的元数据，因为在实际格式化⽂件系统的时候，除了已经使⽤的⼗来个外，其他inode表中实际上是没有任何数据的，直到创建了相应的⽂件才会分配inode表，⽂件系统才会在inode表中写⼊与⽂件相关的inode信息。
1.2 Flexible 块组（flex_bg）Flexible 块组（flex_bg）是从Ext4开始引⼊的新特性。
在⼀个flex_bg中，⼏个块组在⼀起组成⼀个逻辑块组flex_bg。
TIF图像数据结构之解析
TIF图像数据结构之解析为图像文件格式，此图像格式复杂，存储内容多，占用存储空间大，其大小是GIF图像的3倍，是相应的JPEG图像的10倍，最早流行于Macintosh，现在Windows主流的图像应用程序都支持此格式。
TIF文件格式最早是为了存储扫描仪图像而设计的。
它的最大的特点就是与计算机的结构、操作系统以及图形硬件系统无关。
它可处理黑白、灰度、彩色图像。
在存储真彩色图像时和BMP格式一样，直接存储RGB三原色的浓度值而不使用彩色映射（调色板）。
对于介质之间的交换，TIF称得上是位图格式的最佳选择之一。
TIF的全面性也产生了不少问题，它的包罗万象造成结构较为复杂，变体很多，兼容性较差，它需要大量的编程工作来全面译码。
例如，TIF图像数据可以用几种不同的方法压缩，用一个程序来读出所有的TIF几乎是不可能的。
TIF图一般由三个部分组成：文件头（简称IFH）、文件目录（简称IFD）、图像数据。
一、图像文件头（Image File Header）IFH数据结构包含3个成员共计8个字节（见表一）：表一IFH结构描述------------------------------------------------------------名称字节数数据类型说明------------------------------------------------------------Byteorder2Integer TIF标记，其值为4D4D或4949Version2Integer版本号，其值恒为2A00Offset to first IFD4Long第一个IFD的偏移量------------------------------------------------------------表一说明1.Byteorder：可能是H4D4D或H4949，H4D4D表示该图是摩托罗拉整数格式，H4949表示该图是Intel整数格式。
《数据结构》实验1实验报告
南京工程学院实验报告<班级>_<学号>_<实验X>.RAR文件形式交付指导老师。
一、实验目的1.熟悉上机环境，进一步掌握语言的结构特点。
2.掌握线性表的顺序存储结构的定义及实现。
3.掌握线性表的链式存储结构——单链表的定义及实现。
4.掌握线性表在顺序存储结构即顺序表中的各种基本操作。
5.掌握线性表在链式存储结构——单链表中的各种基本操作。
二、实验内容1.顺序线性表的建立、插入及删除。
2.链式线性表的建立、插入及删除。
三、实验步骤1.建立含n个数据元素的顺序表并输出该表中各元素的值及顺序表的长度。
2.利用前面的实验先建立一个顺序表L={21，23，14，5，56，17，31}，然后在第i个位置插入元素68。
3.建立一个带头结点的单链表，结点的值域为整型数据。
要求将用户输入的数据按尾插入法来建立相应单链表。
四、程序主要语句及作用程序1的主要代码(附简要注释)public struct sequenlist{public const int MAXSIZE=1024; /*最大值为1024*/public elemtype[] vec;public int len; /* 顺序表的长度 */public sequenlist( int n){vec=new elemtype[MAXSIZE ];len = n;}};class Program{static void Main(string[] args){sequenlist list1 = new sequenlist(5);for (int i = 0; i < 5; i++){list1.vec[i] = i;}for (int i = 0; i < 5; i++){Console.Write("{0}---", list1.vec[i]) ;}Console.WriteLine("\n");Console.WriteLine("表长：{0}\n",list1.len );Console.ReadKey();}}程序2的主要代码(附简要注释)public void insertlist(int i, int x){if (len >= MAXSIZE)throw new Exception("上溢"); /*长度大于最大值则抛出异常*/if (i < 1 || i > len + 1)throw new Exception("位置");/插入位置小于1或大于len+1则抛出插入位置错误的异常for (int j = len; j >= i; j--)vec[j] = vec[j - 1]; //注意第j个元素存在数组下标为j-1处vec[i - 1] = x;len++;}};class Program{static void Main(string[] args){sequenlist list2 = new sequenlist(7);list2.vec[0] = 21;list2.vec[1] = 23;list2.vec[2] = 14;list2.vec[3] = 5;list2.vec[4] = 56;list2.vec[5] = 17;list2.vec[6] = 31;Console.Write("请输入第i个位置插入元素：");int loc =Convert.ToInt32( Console.ReadLine());Console.Write("请输入第{0}个位置插入的元素：", loc);int ele = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());Console.WriteLine("插入前的线性表：");for (int i = 0; i < list2.len ; i++){Console.Write("{0}---", list2.vec[i]);}Console.WriteLine("\n");list2.insertlist(loc, ele);Console.WriteLine("插入后的线性表：");for (int i = 0; i < list2.len ; i++){Console.Write("{0}---", list2.vec[i]);}Console.WriteLine("\n");Console.ReadKey();}}程序3的主要代码(附简要注释)class Node{private int num;public int Num{set { num = value; }/输入值get { return num; }/获得值}private Node next;public Node Next{set { next = value; }get { return next; }}}class Pp{static void Main(string[] args){Node head;Node tempNode, tempNode1;int i;head = new Node();Console.WriteLine("输入六项数据：\n");Console.Write("输入第1项数据:");head.Num = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());head.Next = null;tempNode = head;for (i = 1; i < 6; i++){tempNode1 = new Node();Console.Write("输入第{0}项数据:",i+1);tempNode1.Num = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());/插入项转换为整形数值 tempNode1.Next = null;tempNode.Next = tempNode1;tempNode = tempNode.Next;}Console.WriteLine("线性表:");tempNode = head;for (i = 0; i < 6; i++){Console.Write("{0}", tempNode.Num);if (i < 5){Console.Write("--");}tempNode = tempNode.Next;}Console.ReadKey();}}五、程序运行结果截图程序1程序2程序3六、收获，体会及问题(写得越详细、越个性化、越真实越好，否则我不知道你做这个实验的心路历程，也就无法充分地判断你是否是独立完成的这个实验、你是否在做这个实验时进行了认真仔细地思考、通过这个实验你是否在实践能力上得到了提高)这次试验刚开始做时完全不知道从哪下手，才刚上了几节课，对于线性表、链式表都不是理解的很透彻，不知道用哪个软件编写程序。
纺织提花文件数据结构分析之二EP
纺织提花文件数据结构分析之二—— EP文件EP提花EP格式文件，是最广泛的提花机应用格式，最早应该是由英国BONAS发明，之后逐渐形成一个标准，目前国内外大多提花机均支持EP文件。
了解熟悉EP文件数据结构也是从业人员最底层、最基本的知识。
偏移量0x0位置是EP的标识，但该标识不是唯一标识，即使留空也一样。
偏移量0x3位置起的2个字节为EP文件的高度，也就是EP的总梭数，16位计算。
偏移量0x6到0x13为EP文件的文件名，共8个字节。
偏移量0x15(0xF)是EP文件的控制针长度，默认00为32针，01=8针，08=64针等等。
偏移量0x20起的2个字节为EP的宽度，也称笼头针数，16位计算，通常在控制针长度32的情况下，[0x21地址数据*8+1]*32控制针，最后加16位地址首的8位数据0x20。
如（05*8+1）*32 + H(20) = 1344针，典型的缪勒MULLER针数。
从0x22开始就是EP数据了，数据区的每个字节表示8个提花针数，也就是二进制的转换，不足四位一定要补0，数据00表示全无（即全沉），数据FF表示全值（即8针全提），数据区的并排长度通过EP宽度值跳转。
关于提花数据区的字节数据转换为经纬提花的算法（十六进制转二进制）十六进制二进制0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01118 10009 1001A 1010B 1011C 1100D 1101E 1110F 1111二进制数据的1表示提花，0为不提。
那么根据图示的数据区前8位00 00 A0 5A 55 55 55 55十六进制数据转换为笼头提花的动作为：0000 0000 0000 0000 1010 0000 0101 1010 0101 0101 0101 0101 0101 0101 0101 0101 共8字节*8 =64针提花针动作数据。
明白这些，我们还可以用十六进制数值来表示一个平纹提法，比如16x2的平纹织法提花数值是55 55 AA AA.55 55 = 0101 0101 第一排提法AA AA = 1010 1010 第二排提法正是普通平纹1上1下的提法。
数据结构——文件
3、ISAM 文件的插入和删除
➢插入新纪录时，首先找到它应插入的磁道，若该磁道不满，则将 新纪录插入该磁道的适当位置上即可；若该磁道已满，则新纪录 或插在该磁道上，或直接插入到该磁道的溢出链表上。插入后， 可能要修改磁道索引中的基本索引项和溢出索引项。
➢删除记录时，只要找到待删除的记录，在其存储位置上作删除标 记即可，而不需要移动记录或改变指针。
3、文件基本操作2
（2）文件更新
数据库文件的维护操作可以分为文件更新、故障恢复、安全性保护 和完整性约束等基本情形。 文件更新操作类型： ● 插入记录 在给定文件中插入给定的数据记录。此时是针对整条数据记 录的操作。 ● 删除记录 在给定文件中删除其中一条或多条记录，此时也是针对整条 记录的操作。 ● 修改记录 在给定文件中修改其中一条记录的某个或多个数据项，此时 是针对记录中部分数据项的操作。
顺
85
序 集
4 8 15 17 22 25 30 32 36 39 42 47 55 59 61 67 70 85
数 据
9
24
33 37 40 44
57
65
73
集
控制区域
控制区间
2、VSAM 文件的插入和删除
➢ VSAM文件中没有溢出区，解决插入的方法是在初建文件时留出空 间：一是每个控制区间内不填满记录，在最后一个记录和控制信 息之间留有空隙；二是在每个控制区域中有一些完全空的控制区 间，并在顺序集的索引中指明这些空区间。当插入新纪录时，大 多数的新纪录能插入到相应的控制区间内，但要注意保持区间记 录的关键字从小至大有序。
➢ 按文件实际用途可以分为操作系统文件和数据库文件： ① 操作系统文件 无严格意义下的数据结构，只是作为记录的集合
数据结构课程1
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这张表中的元素存在一个顺序关系，即谁在谁前，谁在谁 后的信息（即病人诊断顺序依次为张立，田方，……） 。 所以，可以用线性结构来刻画这种关系。。
例1-3 大学系级行政机构
大学系级行政机构，如图1.1所示：
数据结构的含义
因此可以认为，数据结构是介于数学、计算机硬件和计 算机软件三者之间的一门核心课程（如图1.1所示）。
数学
代数系统
编码理论 数据类型 算子关系
数据表示法
数据的操作 文件系统
存储装置
数据结构
硬件
数据存取
（ 计 算 机 系机器组织
统设计）
数据组织
信息检索
软件
（计算机程 序设计）
图1.1 “数据结构”所处的地位
3. 数据的操作
一般而言，必须对数据进行加工处理，才能得到问题的 解。在非数值性问题中，对数据的操作（或运算）已不限 于对数据进行加、减、乘、除等数学运算。数据的操作是 定义在逻辑结构上的，而操作的具体实现是在存储结构上 进行的。基本的数据操作主要有以下几种：
（1）查找：在数据结构中寻找满足某个特定条件的数据元 素的位置或值。
现实问
数学模
算法
程序
解
题
型
图1.8 计算机求解问题的流程
即首先要从现实问题出发，抽象出一个适当的数学模型，
然后设计一个求解此数学模型的算法，最后根据这个算法 编出程序，经过测试、排错、运行直至得到最终的解答。 （现实）问题、数学模型、算法和程序是问题求解过程中 出现的四个不同的概念。
数据结构讲义
《数据结构》讲义(总158页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《数据结构》讲义第一章：绪论课程：数据结构课题：第一章—小节（共4个课时）什么是数据结构基本概念和术语抽象数据类型的表现与实现算法和算法分析目的要求：理解数据、数据元素、数据项的概念；掌握逻辑结构和存储结构的关系；理解算法的基本概念；学会分析算法的时间复杂性和空间复杂性。
新课重点、难点：数据、数据元素、数据项、时间复杂性和空间复杂性教学方法：课堂讲解、例题演示，课件演示教学内容及过程：……………………………第1-2课时……………………………计算机的应用不再局限于科学计算，更多地用于控制，管理，数据处理等非数值计算的处理工作。
计算机加工处理的对象：数值，字符，表格，图形声音，图象等具有一定结构的数据。
进行程序设计时必须分析待处理的对象的特性及各对象之间存在的关系———产生背景。
什么是数据结构计算机解题步骤：建立数学模型——设计解此数学模型的算法——编制程序——进行测试调整——解答。
其中建立数学模型的实质：找出操作对象之间的关系。
例1. 图书馆书目检索——对应线性关系例2. 博奕树——对应树型关系例3. 交叉路口交通灯管理——对应图状结构。
数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中计算机的操作对象及它们之间的关系和操作等的学科。
（地位）数据结构的基本概念和术语1. 数据（Data）数据是描述客观事物的数值、字符以及能输入机器且能被处理的各种符号集合。
换句话说，数据是对客观事物采用计算机能够识别、存储和处理的形式所进行的描述；是计算机加工处理的对象。
包括数值、字符、声音、图象等。
2. 数据元素（Data Element）数据元素是组成数据的基本单位, 是数据集合的个体，在计算机中通常作为一个逻辑整体进行考虑和处理。
一个数据元素可由若干个数据项组成（Data Item）。
3. 数据对象（Data Object）数据对象是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。
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3、文件基本操作2
（2）文件更新
数据库文件的维护操作可以分为文件更新、故障恢复、安全性保护 和完整性约束等基本情形。
文件更新操作类型：
● 插入记录 在给定文件中插入给定的数据记录。此时是针对整条数据记 录的操作。 ● 删除记录 在给定文件中删除其中一条或多条记录，此时也是针对整条 记录的操作。 ● 修改记录 在给定文件中修改其中一条记录的某个或多个数据项，此时 是针对记录中部分数据项的操作。
3、文件基本操作
（1）文件检索2
按操作的处理方式，可分为实时与批量处理两种不同的方式: 实时处理：响应时间要求严格，要求在接受询问后几秒种内完成检索和
更新。
批量处理：响应时间要求宽松一些，不同的文件系统有不同的要求。 例如一个银行的账户系统，需要满足实时检索要求， 也可进行批量更新，即可以将一天的存款和提款记录在一个 事务文件上，在一天的营业之后再进行批量处理。
文件的应用背景，数据结构范畴的文件概念。
基于检索的文件的基本形式与特点。
常用的文件方式和关键技术实现要点。
10.1.1 文件
文件（file） 文件是性质相同、逻辑上相关的数据记录集合。
按数据记录的长度是否确定而分为定长文件和不定长文件：
●定长文件：文件中所有记录含有的数据项个数相同。
学号 101 102 … 姓名 张宏 李焯 … 性别 男 男 … 籍贯 湖南 广东 … 出生年月 1990.12 1991.5 … 住址 长沙 广州 …
按只有主关键字还是同时具有主关键字和次关键字而分为单关键
字文件或多关键字文件：
●单关键字文件：记录中只有一个惟一标识记录的主关键字。 ●多关键字文件：记录中除了含有一个主关键字外还含有若干个次
3、文件基本操作
（1）文件检索 文件检索就是在文件中查找满足给定条件的数据记录，实现途径可以是按 照记录进入外存的时间顺序（逻辑序号）查找，也可以是按照记录的关键字 大小查找。 ① 顺序检索 通过逐次读取所有序号小于i的记录，定位所需要的第i号记录。 ② 直接检索 不通过逐次读取所有序号小于i的记录而直接定位第i号记录。直 接检索也称为随机检索。 ③ 按关键字检索 定位关键字与给定关键字相同或相关的数据记录。 ● 简单检索：询问单个关键字等于给定值的记录。 ● 范围检索：询问单个关键字属于某个范围内的所有记录。 ● 函数检索：规定单个关键字的某个函数，询问该函数的某个值。 ● 布尔检索：以上三种询问用布尔运算(与、或、非)组合起来的询问。例如查 询某成绩表中，查找表中(数学成绩>90)and（性别=“女”)的记录。
件读取一个字节或将一个字节写到文件当中。 ② 数据库文件 各项记录之间具有严格的逻辑结构（例如基本的线 性表结构、关系文件和面向对象文件结构等），同时每个记录也 有相应结构，即数据库记录由若干数据项构个学生学籍文件，每个学生情况形成一个记录。每个
记录由学号、姓名、性别、籍贯、出生年月和住址6个数据项组成。 定义“学号”是主关键字，“姓名”、“性别”等是次关键字。
10.2.2 基于磁带/磁盘的顺序存储2
2、基于直接存储器的顺序文件
顺序文件也可以存放在直接存取设备上，磁盘就是一个直接存 取的存储设备。
存放于磁盘上的文件，既可以是顺序文件，也可以是索引结构
10.2.1 顺序文件存储结构
顺序文件在存储介质中可以有两种不同的存储结构：连续结构 和链式结构。
连续结构是指逻辑上相邻的记录其存储位置是相邻的;
连续顺序文件 链式结构是指物理记录之间的次序由指针链来表示。
链接顺序文件
10.2.2 基于磁带/磁盘的顺序存储
1、基于顺序存储器的顺序文件 存储在顺序存储器（如磁带）上的文件，只能是顺序文件，这种文件只能 进行“顺序存取”和“成批处理”。 磁带是一种典型的顺序存储设备。 磁带适合于存放文件数据量大、文件中的记录平时变化少、只作批量修改 的情况。 存储在磁带上的顺序文件只能采用顺序查找法，即顺序扫描文件，按记录 的主关键字逐个查找。 优点：连续存取时速度快，例如，如果文件中的第i个记录刚被存取过， 而下一个要存取的记录就是第i+1个记录，则此次存取将会很快完成。批 处理效率高，节省存储空间。 缺点：实时性差，特别是更新操作要复制整个文件，所以一般不做随机处 理，如删除记录时只做标记处理。
●不定长文件：文件中记录含有的数据项个数不等。
按文件实际用途可以分为操作系统文件和数据库文件：
① 操作系统文件 无严格意义下的数据结构，只是作为记录的集合
，主要表现为一维无结构连续字符序列，记录之间既没有结构的 解释也没有特性的解释；相应文件操作只有“整体”操作即打开
或关闭文件、删除文件或复制文件等；以及“字节”操作即从文
关键字。
1、文件逻辑结构
作为存储在外存中的数据，文件是具有相同性质的记录集合，
其逻辑结构应当为集合。但在实际操作过程中，文件中各个记 录至少都是“顺次”进入计算机的，即其至少具有“工作”顺
序，在这种意义下，通常将文件看作一种线性表，或者说，文
件就是外存中的线性表。 注意区分文件中记录的“顺序”（sequential）概念和文件记
录的“有序”（order）概念。
2、文件存储结构
存储结构是文件在物理存储介质（磁盘或磁带）上的组织方式，它决定了 文件信息在存储设备上的存储位置。 ① 顺序文件 顺序文件在逻辑上是将数据记录间的顺序作为相应线性表中元素 的“次序”关系，在存储上，这种顺序关系与物理存储顺序一致。 ② 索引文件 在存储的文件之外，建立一个相对于主文件用于描述文件逻辑 记录与物理存储记录之间的一一关系（即文件的第i号记录对应存储的物理 地址）的索引表，此时，主文件和其索引表构成的二元组就称为索引文件。 ③ 散列文件 散列文件也称为哈希（hash）文件或者直接存取文件，其特点是 使用散列存储方式组织文件。 ④ 链式文件 链式文件中的连结点一般都比较大，同时也不定长。在文件存储 方式中，链式文件通常都是结合索引文件一起使用，例如多关键字文件等。