文件系统并发控制
第7章 文件系统
7.3.3 索引文件
2单级索引分配
7.3.3 索引文件
3多级索引分配
7.3.3 索引文件
4 UNIX系统文件索引结构
7.3.4 有结构文件的比较
• 有结构文件包括顺序文件、链接文件和索引文件。 • 在逻辑上，每种文件都是连续的。 • 但是，在物理结构上，只有顺序文件是连续存储数据的，而 其他方式都是离散存储的，如表7-1所示。
7.1.3 文件系统的基本概念
1 文件 •文件是由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合 。 •文件名是文件的标识符号。 •文件包括两部分，文件体(文件本身的信息)和文件说明(文件存 储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、文件存储地址、 访问权限和访问时间等)。 •文件属性包括文件类型、文件长度、文件的物理位置以及文件 的建立时间。
7.1.3 文件系统的基本概念
2 文件系统 •文件系统是操作系统中以文件方式管理计算机软件资源的软件 以及被管理的文件和数据结构(如目录和索引表等)的集合。 •研究文件系统的两种观点是用户观点和操作系统观点。用户观 点研究文件系统如何呈现在其面前，一个文件由什么组成，如 何命名，如何保护文件，可以进行何种操作等等。操作系统观 点研究文件目录怎样实现，怎样管理存储空间，文件存储位置 ，磁盘实际运作方式(与设备管理的接系统的概念
2 了解文件逻辑结构的分类
3 理解连续/链接/索引分配的方法
4 理解目录管理的方法
5 了解文件的共享与保护方法
求
6 6．了解数据一致性控制
You Know !
• 对用户来说，文件系统是操作系统中最直接可见的部分。计 算机的重要作用之一就是能快速处理大量信息，从而，信息 的组织、存取和保管就成为一个极为重要的内容。 • 文件系统是计算机组织、存取和保存信息的重要手段。
计算机操作系统的主要功能
计算机操作系统的主要功能计算机操作系统是一种管理和控制计算机硬件与软件资源的系统软件，它在计算机领域扮演着至关重要的角色。
操作系统主要负责协调和管理计算机的各种资源，为用户和应用程序提供良好的使用环境。
本文将介绍计算机操作系统的主要功能。
1. 进程管理进程是指计算机中正在运行的程序，进程管理是操作系统的核心功能之一。
操作系统负责管理和控制进程的创建、调度、同步和终止。
它通过分配CPU时间片给各个进程，实现多任务并发执行，提高了计算机的利用率和响应速度。
操作系统还负责进程间的通信和同步，确保进程之间能够正确地共享数据和资源。
它提供了各种进程间通信的机制，如共享内存、管道、消息队列等，使得不同进程可以安全地交换信息。
2. 内存管理内存管理是操作系统的另一个重要功能。
计算机内存是用来存储程序执行时所需要的指令和数据的地方。
操作系统负责管理内存的分配和回收，为不同的程序提供适当的内存空间。
操作系统通过虚拟内存技术，将物理内存抽象成逻辑地址空间，使得每个程序都有自己独立的地址空间。
它通过页表和地址转换机制，将程序的逻辑地址映射到物理地址，实现了内存的隔离和保护。
此外，操作系统还负责处理内存的页面置换和页面回写，以及内存的分段和分页机制。
它通过这些手段，实现了对内存资源的高效利用和统一管理。
3. 文件系统文件系统是操作系统的重要组成部分，它负责管理计算机上的文件和目录。
文件系统提供了一种逻辑结构，使得用户可以方便地组织和访问文件。
操作系统通过文件系统，为用户提供了对文件的创建、读写、删除和重命名等操作。
它还负责文件的存储管理，将文件存储在磁盘中，并给予文件不同的权限和保护机制。
文件系统还具备文件的共享和访问控制功能，支持多用户对文件进行并发访问。
它通过文件的索引和目录结构，实现对文件的快速定位和检索。
4. 设备管理设备管理是操作系统的另一个重要功能，它负责管理计算机上的外部设备，如硬盘、键盘、鼠标、打印机等。
操作系统复习题(1)
一、判断题（×）1、分时系统中，时间片设置得越小，则平均响应时间越短。
（√）2、多个进程可以对应于同一个程序，且一个进程也可能会执行多个进程。
（×）3、一个进程的状态发生变化总会引起其它一些进程的状态发生变化。
（×）4、在引入线程的OS中，线程是资源分配和调度的基本单位。
（√）5、信号量的初值不能为负数。
（×）6、最佳适应算法比首次适应算法具有更好的内存利用率。
（×）7、为提高对换空间的利用率，一般对其使用离散的分配方式。
（×）8、设备独立性是指系统具有使用不同设备的能力。
（√）9、隐士链接结构可以提高文件存储空间的利用率，但不适合文件的随机存取。
（×）10、访问控制矩阵比访问控制表更节约空间。
（×）11、分时系统在响应时间、可靠性及交互作用能力等方面一般都比分时系统要求高。
（√）12、Window XP是一个多用户、多任务的操作系统。
（×）13、一个进程正在临界区中间执行时不能被中断。
（×）14、系统处于不安全状态必然导致系统死锁。
（√）15、请求分段存储管理中，分段的尺寸要受存储空间的限制。
（√）16、属于同一个进程的多个线程可共享进程的程序段、数据段。
（×）17、设备的独立性是指每类设备有自己的设备驱动程序。
（×）18、虚拟设备是指允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备。
（√）19、对物理文件来说，顺序文件必须采用连续分配方式，而链接文件和索引文件可采用离散分配方式。
（×）20、在UNIX文件系统中，文件的路径和磁盘索引节点之间是一一对应的。
（×）21、在分时系统中，为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是系统能及时连接多个用户的输入。
（×）22、在进程对应的代码中使用wait、signal操作后，可以防止系统发生死锁。
（√）23、在只提供用户级线程的多处理机系统中，一个进程最多仍只能获得一个CPU。
数据库课后习题答案
数据库课后习题答案第一章1．数据（DB）：数据实际上是描述事物的符号纪录。
2．数据库: 数据库实际上是长期存储在计算机内的有组织的、可共享的数据集合。
3．从文件系统的视角上看去，文件是无结构的，文件只是一个字节流，因此，我们经常把文件叫做流式文件，实际上文件的数据是有结构的，数据的结构需要程序员通过编写程序来建立和维护。
4．数据库应用可以分为两大类：联机事务处理（OLTP）,联机分析处理（OLAP）.联机事务处理解决了组织结构业务自动化问题，而联机分析处理帮助管理层更好的分析组织结构的运站情况。
5. 数据库管理系统（DBMS）:数据库管理系统是一类重要的软件，由一组程序组成。
其主要功能是完成对数据库的定义、数据操作。
提供给用户一个简明的接口，实现事务处理等。
6．数据库管理系统的基本功能：数据的定义功能数据操作功能数据库的运行和管理数据库的建立和维护功能7．数据库管理系统由两大部分组成：查询处理器存储管理器8．层次结构：应用层语言翻译层数据存取层数据存储层操作系统数据库9. 数据库系统：数据库系统是基于数据库的计算机应用的系统，有四部分组成数据库数据管理系统应用系统用户。
10. 数据库管理员的职责：（1）决定数据库中要存储的数据及数据结构（2）决定数据库的存储结构和存取策略（3）保证数据的安全性和完整性（4）监控数据库的使用和运行（5）数据库的改进和重组重构11．数据模型的三要素：数据结构数据操作完整性约束12. 数据结构是所研究的对象的类型的集合，这些对象是数据库的组成成分，他们包含两类：一类是与数据之间联系有关的对象。
一类是与数据之间联系有关的对象。
13. 数据操作:数据库主要有检索和更新（插入、删除、修改）两大类操作。
14.在关系模型中任何关系都要满足实体完整性和参照完整性。
15.三种数据模型：概念模型逻辑模型物理模型逻辑模型中有：层次模型网状模型关系模型面向对象模型对象关系模型其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。
高性能存储系统中的闪存文件系统设计与实现
高性能存储系统中的闪存文件系统设计与实现近年来，随着计算机技术的不断发展和数据量的快速增长，存储系统的重要性日益凸显。
高性能存储系统中的闪存文件系统作为存储系统的核心组成部分，其设计与实现对于提高系统性能和可靠性具有至关重要的作用。
本文将对高性能存储系统中的闪存文件系统的设计与实现进行详细介绍和分析。
首先，为了实现高性能存储系统中的闪存文件系统，需要考虑以下几个关键问题。
第一，文件系统的数据结构设计。
在闪存文件系统中，数据的组织和管理是非常重要的。
一般来说，采用类似于传统文件系统的数据结构，如inode和目录树，可以有效地管理闪存中的数据。
此外，针对闪存的特点，还可以设计专门的数据结构，以优化数据的读写和存储。
第二，文件系统的垃圾回收机制。
闪存具有有限的擦写次数，因此必须设计合理的垃圾回收机制，以减少擦写次数并延长闪存的使用寿命。
常见的垃圾回收算法有闪存回收和垃圾回收。
根据不同的应用场景和需求，可以选择合适的垃圾回收算法。
第三，文件系统的缓存优化。
为了提高系统性能，可以设计合适的缓存机制来加速数据的读写操作。
常见的缓存机制有页缓存和块缓存，可以根据系统的特点和资源约束选择适合的缓存机制。
第四，文件系统的事务管理。
为了保证数据的一致性和可靠性，闪存文件系统需要实现合理的事务管理机制。
事务管理可以通过日志机制来实现，将写操作记录到日志中，以保证数据的完整性。
在实际的设计和实现过程中，还需要考虑其他一些因素，如系统的并发性和容错性。
并发性可以通过锁机制和并发控制算法来实现，从而实现系统的高效处理能力。
容错性可以通过冗余数据和错误检测机制来实现，以提高系统的可靠性。
总之，高性能存储系统中的闪存文件系统的设计与实现是一个复杂而又关键的任务。
在设计过程中，需要考虑闪存的特点和限制，选择合适的数据结构和算法，优化系统性能和可靠性。
通过合理的设计和实现，可以实现高性能、高可靠性的闪存文件系统，提升存储系统的整体性能和用户体验。
Chapter3-厦门大学-林子雨-大数据技术原理与应用-第三章-分布式文件系统HDFS
名称节点(NameNode) FsImage EditLog
目录
目录
记录了所有针对文件的创建、删除、 重命名等操作
图3-3 名称节点的数据结构
《大数据技术原理与应用》 厦门大学计算机科学系 林子雨 ziyulin@
3.3.2名称节点和数据节点
数据节点（DataNode）是分布式文件系统HDFS的工作节点，
负责数据的存储和读取，会根据客户端或者是名称节点的调度来进 行数据的存储和检索，并且向名称节点定期发送自己所存储的块的
列表。每个数据节点中的数据会被保存在各自节点的本地Linux文件
系统中
《大数据技术原理与应用》
厦门大学计算机科学系
林子雨
ziyulin@
3.4 HDFS体系结构
《大数据技术原理与应用》 厦门大学计算机科学系
厦门大学计算机科学系
林子雨
2015年版 ziyulin@
提纲
• • 3.1 分布式文件系统 3.2 HDFS简介
•
• •
3.3 HDFS相关概念
3.4 HDFS体系结构 3.5 HDFS存储原理
•
•
3.6 HDFS大数据读写过程
3.7 HDFS编程实践
客户端 (Client) 名称节点 (NameNode)
数据块号、数据块位置 写数据 读数据
数据节点 (DataNode)
„„
数据节点 （DataNode）
本地Linux文件系统
„„
数据节点 （DataNode）
„„
数据节点 （DataNode）
本地Linux文件系统
本地Linux文件系统
本地Linux文件系统
第6章 文件系统
–（6）截断文件：将目录项中文件的长度 属性改为零，其它属性保留。 –（7）设臵读写位臵：前面的读写操作每 次从文件的起始位臵读写。本操作用于设 臵读写指针，从需要位臵开始。即将顺序 存取改为随机存取。
• 2. 其它文件操作 • 以系统调用的形式提供给用户，有： – 1）关于文件属性的操作：改变文件名、 改变文件所有者、改变文件的访问权限等。 – 2）有关目录操作的：创建目录、删除目 录等。 – 3）实现文件共享的操作
• 2．文件的物理结构：又称文件的存储结构， 文件在外存上组织形式，与存储介质的存储 性能有关。
6.2.1 文件逻辑结构的类型
有结构文件—记录式文件 1. 定长记录：寻址简单 2. 变长记录： ① 数据项数目不同：如论文中的关键词等。 ② 数据项本身长度不定，如病历中的病史。 • 有结构文件的组织方式： 1. 顺序文件：文件中的记录按照某种顺序排列， 适合于定长记录文件 2. 索引文件：若记录长度可变，则建立一张索引 表，每个记录一个表项，加快检索。 3. 索引顺序文件：建立索引表，一组记录一个表 项 •
6.1.3 文件操作
–（2）删除文件：在目录中找到要删 除文件的目录项并删除，同时回收空 间。 –delete文件系统调用过程 • 检查参数，得到文件名（路径名） • 按名查找文件目录结构，找到文件 的FCB • 按FCB中的索引表释放文件所占外存 空间 • 从文件目录结构中删除FCB 。
6.1.3 文件操作
• 文件系统 – 操作系统中管理文件的机构，提供文件存 储和访问功能。
应用程序 多种文件类型（划分记录，顺序或索引等） 基本I/O管理（I/O缓存和调度，性能优化） 物理I/O（基本文件系统） 外部存储器 文件系统
6.1.2 文件类型
文件系统与数据库系统有何区别？使用数据库系统有何优点？
1.文件系统与数据库系统有何区别？使用数据库系统有何优点？答：（1）文件系统面向某一应用程序，共享性差，冗余度大，数据独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序自己控制。
数据库系统面向现实世界，共享性高，冗余度小，具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性，整体结构化，用数据模型描述，由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力。
（2）程序—数据独立性；提高了数据的共享性；降低了数据的冗余度，提高了数据的一致性；采用一定的数据模型实现数据结构化；数据由DBMS统一管理和控制。
4.数据库系统主要由哪些组件组成？答：数据库系统由数据库、数据库管理系统（DBMS）、数据库管理员（DBA）、应用程序以及用户组成。
5.简述DBMS在数据库系统中的作用和功能。
答：（1）DBMS是负责对数据库进行定义、管理、维护和检索的一组软件。
它是用户的应用程序和物理数据库之间的桥梁。
用户、程序员、DBA对数据的一切操作都是在DBMS的指挥、调度、控制下进行的，而且只能借助于DBMS实现。
（2）DBMS是数据库系统软件的核心，主要功能是数据字典管理、数据存储管理、数据转换和表示、安全性管理、多用户访问控制、备份和恢复管理、数据完整性管理、数据访问语言和应用程序编程接口、数据库通信接口等。
6.DBA、系统分析员、数据库设计人员、应用程序开发人员的职责是什么？答：（1）DBA的主要职责是负责数据库的规划、设计、维护和监控。
（2）系统分析员的主要任务是编写应用系统的需求分析、确定数据库系统的软硬件配置，并参与数据库的设计和程序开发工作。
（3）数据库设计人员主要负责设计数据库的结构，实际上他们是数据库的建筑师。
（4）应用程序开发人员的任务是编写应用系统的程序模块，并负责调试和安装。
何谓层次模型、网状模型、关系模型？举例说明。
答：（1）层次模型是按照层次结构的形式组织数据库中的数据的，即用树型结构表示实体以及实体之间的联系。
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文件系统并发控制
在当今数字化时代，文件系统的重要性日益凸显。
文件系统广泛应
用于操作系统、存储设备等领域，为数据的安全存储和高效访问提供
了基础支撑。
而伴随着多用户同时对文件系统进行读写操作的需求增加，文件系统的并发控制成为了一个重要的问题。
本文将探讨文件系
统的并发控制策略，介绍常用的并发控制技术以及它们的优缺点。
一、并发控制的背景和意义
随着计算机和网络技术的迅猛发展，多用户同时对文件系统进行操
作已成为常态。
然而，当多个用户同时读写文件系统中的同一文件时，可能会导致数据的不一致性和冲突问题。
这就需要采取适当的并发控
制策略，以保证数据的完整性和一致性。
二、文件系统的并发控制技术
1. 锁(Locking)技术
锁技术是最常见和基本的文件系统并发控制技术之一。
它通过给文
件或数据块加锁来限制对其的访问，以防止其他用户的并发操作。
锁
技术分为共享锁和排他锁两种类型，共享锁用于多个用户同时进行读
操作，排他锁用于单个用户进行写操作。
2. 事务(Transaction)技术
事务技术主要应用于数据库系统，然而文件系统中的一些操作也可
以看作是一个事务。
事务技术通过将一系列操作组成一个原子性的任
务单元来实现并发控制。
如果一个操作失败，整个事务将会回滚到之
前的状态，保证了数据的一致性。
3. 并发版本控制(Concurrency Control by Versioning, CCV)
并发版本控制技术通过为每个用户分配不同的版本号来控制并发访问。
当用户修改文件时，会生成一个新的版本号，其他用户仍可以访
问旧版本。
该技术实现了高并发性能，但会占用较多的存储空间。
4. 日志(Logging)技术
日志技术也是一种常用的并发控制技术。
它通过对用户的操作进行
日志记录，当发生故障或冲突时，可以从日志中恢复到之前的状态。
日志技术可以保证数据的一致性和完整性。
三、并发控制技术的优缺点比较
1. 锁技术的优点是简单易懂，实施成本低，但可能会导致死锁问题，并且在高并发情况下性能较差。
2. 事务技术可以确保数据的一致性，支持并发控制，但实现复杂，
需要较大的存储开销。
3. CCV技术具有较好的并发性能，但消耗存储空间较多。
4. 日志技术可以实现高并发性能和数据恢复，但增加了IO开销，
对系统性能有一定影响。
综上所述，文件系统的并发控制至关重要，不同的并发控制技术有
各自的优缺点，需要根据具体的应用场景和需求选择合适的技术策略。
四、结论
文件系统的并发控制是保证数据一致性和高效访问的关键。
锁技术、事务技术、CCV技术和日志技术都是常见的并发控制手段，它们各具
特点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，需要根据具体情况综
合考虑各种技术的优缺点，选择最适合的并发控制策略来保障文件系
统的正常运行。
通过合理的并发控制，我们可以在多用户并发操作的环境中，保证
文件系统数据的一致性和完整性，提高系统的性能和用户体验。
未来，随着科技的进步，文件系统的并发控制技术将进一步演进和创新，为
我们提供更加高效可靠的文件存储和访问服务。