操作系统课件 第4章 文件系统
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操作系统第4章ppt课件
THANKS
感谢观看
P/V操作
对信号量进行加减操作，实现进程同 步与互斥。
经典同步问题及其解决方法
1 2
生产者-消费者问题
通过两个信号量分别控制生产者和消费者进程， 确保生产者和消费者之间的同步与互斥。
哲学家进餐问题
通过引入资源分级法或信号量集机制，避免死锁 的发生，确保哲学家进餐过程中的同步与互斥。
3
读者-写者问题
。
多线程模型比较分析
01
多对一模型Leabharlann 将多个用户级线程映射到一个内核级线程上。该模型下，线程管理在用
户空间完成，线程的调度采用非抢占式调度，由线程库负责。
02
一对一模型
将每个用户级线程都映射到一个内核级线程上。该模型下，线程的创建
、撤销和同步等都在内核中实现，线程的调度由内核完成。
03
多对多模型
将多个用户级线程映射到少数但不止一个内核级线程上。该模型结合了
前两种模型的优点，允许多个用户级线程映射到不同的内核级线程上运
行。
线程同步与互斥机制
互斥锁
采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共 资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源 不会同时被多个线程同时访问。
信号量
信号量是一个整型变量，可以对其执行down和up操作，也 就是常见的P和V操作。信号量初始化为一个正数，表示并发 执行的线程数量。
死锁避免：银行家算法是一种典型的 死锁避免算法。该算法通过检查请求 资源的进程对资源的最大需求量是否 超过系统可用资源量来判断是否分配 资源给该进程。如果分配后系统剩余 资源量仍然能够满足其他进程的最大 需求量，则分配资源，否则不分配资 源。
死锁检测：通过定期运行死锁检测算 法来检测系统中是否存在死锁。常见 的死锁检测算法有资源分配图算法和 银行家算法等。如果检测到死锁发生 ，则需要采取相应措施来解除死锁， 例如通过撤销部分进程或抢占部分资 源来打破死锁状态。
操作系统课件文件管理
当前目录与路径
每个进程都有一个当前目录，路径分为绝对路径 和相对路径。
2024/1/25
12
目录操作命令及使用
创建目录
使用`mkdir`命令创建新目录。
2024/1/25
删除目录
使用`rmdir`命令删除空目录， 使用`rm -r`命令删除非空目录 。
切换目录
使用`cd`命令切换当前目录。
列出目录内容
操作系统课件文件管理
2024/1/25
1
目 录
2024/1/25
• 文件与文件系统概述 • 文件操作与访问控制 • 文件目录管理 • 文件存储空间管理 • 文件系统性能优化与可靠性保障 • 现代操作系统中新型文件系统介绍
2
01
文件与文件系统概述
2024/1/25
3
文件概念及作用
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单 位。
为了读取或写入文件内 容，用户需要先打开文 件。打开文件时，操作 系统会返回一个文件描 述符或文件句柄，用于 后续的文件操作。
通过文件描述符或文件 句柄，用户可以读取文 件的内容。读取操作可 以按照字节、字符、行 或块等方式进行。
用户可以通过文件描述 符或文件句柄向文件中 写入数据。写入操作可 以覆盖原有内容或在文 件末尾追加新内容。
提供手动恢复工具
为管理员提供手动恢复工具，如系统还原、数据恢复软件等，以便 在发生故障时能够迅速恢复系统和数据。
22
06
现代操作系统中新型文件系统介 绍
2024/1/25
23
分布式文件系统原理及应用场景分析
原理
分布式文件系统通过将数据分散存储 在多个节点上，利用网络进行节点间 的通信和数据传输，实现文件的并行 访问和共享。
计算机操作系统文件管理ppt课件
。
使用`rmdir`命令删除空目录 ，如`rmdir
empty_directory`；使用`rm -r`命令递归删除非空目录及
其内容，如`rm -r non_empty_directory`。
使用`cd`命令切换当前工作目 录，如`cd
/path/to/directory`。
使用`ls`命令列出目录内容， 如`ls -l`显示详细信息。
防止数据泄露措施
数据备份与恢复
定期备份重要文件，以防止数 据丢失或损坏，同时确保备份
数据的安全存储。
日志审计
记录用户对文件的操作日志， 以便在发生数据泄露时追踪和 定位问题。
敏感数据保护
对包含敏感信息的文件进行特 殊处理，如加密存储、限制访 问等，以降低数据泄露风险。
安全意识培训
加强员工安全意识培训，提高 员工对文件安全保护的认识和
THANKS
感谢观看
服务提供商比较
从存储容量、性能、价格、安全性等方面进行比较。
未来发展趋势预测
智能化管理
通过人工智能和机器学习技术，实现文件系 统的自动化管理和优化。
数据安全与隐私保护
加强数据安全和隐私保护，防止数据泄露和 滥用。
多模态数据存储
支持多种数据类型的存储，如图文、视频、 音频等。
跨平台兼容性
实现不同操作系统和平台之间的文件兼容性 和互操作性。
加密技术在文件保护中应用
01
02
03
文件加密
采用加密算法对文件进行 加密，确保即使文件被非 法获取，也无法轻易解密 和查看文件内容。
密钥管理
通过安全的密钥管理机制 ，确保加密密钥的安全存 储、传输和使用。
透明加密
在操作系统层面实现透明 加密，用户无需手动进行 加密操作，系统自动对文 件进行加密和解密。
使用`rmdir`命令删除空目录 ，如`rmdir
empty_directory`；使用`rm -r`命令递归删除非空目录及
其内容，如`rm -r non_empty_directory`。
使用`cd`命令切换当前工作目 录，如`cd
/path/to/directory`。
使用`ls`命令列出目录内容， 如`ls -l`显示详细信息。
防止数据泄露措施
数据备份与恢复
定期备份重要文件，以防止数 据丢失或损坏，同时确保备份
数据的安全存储。
日志审计
记录用户对文件的操作日志， 以便在发生数据泄露时追踪和 定位问题。
敏感数据保护
对包含敏感信息的文件进行特 殊处理，如加密存储、限制访 问等，以降低数据泄露风险。
安全意识培训
加强员工安全意识培训，提高 员工对文件安全保护的认识和
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服务提供商比较
从存储容量、性能、价格、安全性等方面进行比较。
未来发展趋势预测
智能化管理
通过人工智能和机器学习技术，实现文件系 统的自动化管理和优化。
数据安全与隐私保护
加强数据安全和隐私保护，防止数据泄露和 滥用。
多模态数据存储
支持多种数据类型的存储，如图文、视频、 音频等。
跨平台兼容性
实现不同操作系统和平台之间的文件兼容性 和互操作性。
加密技术在文件保护中应用
01
02
03
文件加密
采用加密算法对文件进行 加密，确保即使文件被非 法获取，也无法轻易解密 和查看文件内容。
密钥管理
通过安全的密钥管理机制 ，确保加密密钥的安全存 储、传输和使用。
透明加密
在操作系统层面实现透明 加密，用户无需手动进行 加密操作，系统自动对文 件进行加密和解密。
Ubuntu Linux操作系统第3版(微课版)—第4章
使用fdisk进行分区管理
• 创建分区
命令(输入 m 获取帮助)： p
#查看分区信息
Disk /dev/sdb：20 GiB，21474836480 字节，41943040 个扇区
Disk model: VMware Virtual S
单元：扇区 / 1 * 512 = 512 字节
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
• 分区也有助于更有效地使用磁盘空间。 分 分 • 每个分区在逻辑上可视为一个磁盘。 区 区
分区
卷卷 卷
• 高级格式化
• 在磁盘分区上建立相应的文件系统。 固态盘4K对齐
4.1 Linux磁盘存储概述
Linux磁盘设备命名
IDE接口
• dev/hda • dev/hdb • dev/hdc
• /dev/sda
4.1 Linux磁盘存储概述
第4章 磁盘存储管理 12
磁盘分区规划
• 分区类型：Linux与Linux Swap • Ubuntu至少需要一个Linux分区和一个Linux Swap分区。 • Native分区是存放系统文件的地方，只能使用ext文件系统。 • Swap分区是Linux暂时存储数据的交换分区。
第4章 磁盘存储管理 17
命令 o p q s t u v w x
说明 创建一个新的空DOS分区表 显示硬盘的分区表 退出fdisk，但是不保存 创建一个新的空的SUN磁盘标签 改变分区的类型号码
改变分区显示或记录单位
校验该磁盘的分区表 保存修改结果并退出fdisk 进入专家模式执行特殊功能
4.2 管理磁盘分区和文件系统
第4章 磁盘存储管理 19
4.2 管理磁盘分区和文件系统
计算机操作系统之文件管理PPT课件
计算机操作系统之文件管理PPT课 件
目录
• 文件管理概述 • 文件存储与访问方法 • 文件目录管理 • 文件共享与保护机制 • 文件系统性能优化策略 • 典型文件系统案例分析 • 总结与展望
01
文件管理概述
文件概念及作用
文件定义
文件是计算机中存储数据的基本单 位，具有名称、内容和属性等特征。
文件作用
链接分配方式
01
02
03
原理
采用离散分配方式，通过 链接指针将文件的所有盘 块链接在一起。
优点
消除了外部碎片，提高了 磁盘空间利用率；易于文 件扩展。
缺点
只支持顺序访问，不支持 直接访问，数据块的链接 指针会占用一定的存储空 间。
索引分配方式
01 02
原理
系统为每个文件分配一个索引块（表），再把分配给该文件的所有盘块 号都记录在该索引块（表）中，用户要访问文件的第i个盘块时只要根 据索引表找到第i个盘块的盘块号即可。
Ext4在性能和稳定性方面进 行了优化，提供了更高的文 件读写速度和更好的数据一 致性保证。
Ext4能够处理超大文件和超 大容量磁盘，满足了现代存 储需求。
Ext4支持权限控制、加密、 压缩等高级功能，提供了全 面的数据管理解决方案。
Ext4可以在多种Linux发行 版和其他类Unix系统上使用， 具有良好的跨平台兼容性。
07
总结与展望
课程总结回顾
文件系统基本概念
介绍了文件、目录、路径等基本概念，以及文件系统的层次结构和 基本功能。
文件操作与管理
详细讲解了文件的创建、打开、读写、关闭等操作，以及文件的备 份、恢复、加密等管理方法。
文件系统实现技术
深入探讨了文件系统的数据结构、存储管理、并发控制等实现技术， 以及不同文件系统类型的特点和适用场景。
目录
• 文件管理概述 • 文件存储与访问方法 • 文件目录管理 • 文件共享与保护机制 • 文件系统性能优化策略 • 典型文件系统案例分析 • 总结与展望
01
文件管理概述
文件概念及作用
文件定义
文件是计算机中存储数据的基本单 位，具有名称、内容和属性等特征。
文件作用
链接分配方式
01
02
03
原理
采用离散分配方式，通过 链接指针将文件的所有盘 块链接在一起。
优点
消除了外部碎片，提高了 磁盘空间利用率；易于文 件扩展。
缺点
只支持顺序访问，不支持 直接访问，数据块的链接 指针会占用一定的存储空 间。
索引分配方式
01 02
原理
系统为每个文件分配一个索引块（表），再把分配给该文件的所有盘块 号都记录在该索引块（表）中，用户要访问文件的第i个盘块时只要根 据索引表找到第i个盘块的盘块号即可。
Ext4在性能和稳定性方面进 行了优化，提供了更高的文 件读写速度和更好的数据一 致性保证。
Ext4能够处理超大文件和超 大容量磁盘，满足了现代存 储需求。
Ext4支持权限控制、加密、 压缩等高级功能，提供了全 面的数据管理解决方案。
Ext4可以在多种Linux发行 版和其他类Unix系统上使用， 具有良好的跨平台兼容性。
07
总结与展望
课程总结回顾
文件系统基本概念
介绍了文件、目录、路径等基本概念，以及文件系统的层次结构和 基本功能。
文件操作与管理
详细讲解了文件的创建、打开、读写、关闭等操作，以及文件的备 份、恢复、加密等管理方法。
文件系统实现技术
深入探讨了文件系统的数据结构、存储管理、并发控制等实现技术， 以及不同文件系统类型的特点和适用场景。
WindowsServer网络操作系统项目教程 第4章 文件系统与磁盘配置管理
第4章 文件系统与磁盘配置管理
14
4.3.4 碎片整理和优化驱动器
碎片整理和优化驱动程序可以重新安排计算机磁盘上的文件、程序以 及未使用的空间，使得程序运行得更快、文件打开得更快，磁盘碎片整 理并不影响数据的完整性。
第4章 文件系统与磁盘配置管理
15
4.3.5 磁盘配额管理
磁盘配额是计算机中指定磁盘的储存限制，就是管理员 可以为用户所能使用的磁盘空间进行配额限制，每一用户 只能使用最大配额范围内的磁盘空间。磁盘配额可以限制 指定账户能够使用的磁盘空间，这样可以避免因某个用户 的过度使用磁盘空间造成其他用户无法正常工作甚至影响 系统运行，在服务器管理中此功能非常重要。
1．NTFS权限的类型 2．多重NTFS权限 3．继承与阻止NTFS权限 4．共享文件夹权限与NTFS文件系统权限的组合 5．复制和移动文件及文件夹
第4章 文件系统与磁盘配置管理
6
4.2 磁盘管理基础知识
4.2.1 MBR磁盘与GPT磁盘 4.2.2 认识基本磁盘 4.2.3 RAID磁盘管理技术
第4章 文件系统与磁盘配置管理
13
4.3.3 磁盘基本管理
在安装Windows Server 2019操作系统时，硬盘将自动 初始化为基本磁盘。基本磁盘上的管理任务包括磁盘分区 的建立、删除、查看以及分区的挂载和磁盘碎片整理等。
1．添加新硬盘 2．使用磁盘管理工具 3．新建基本卷 4．指定活动的磁盘分区 5．更改驱动器和路径
第4章 文件系统与磁盘配置管理
9
4.2.3 RAID磁盘管理技术
独立磁盘冗余阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）通常简称为磁盘 阵列。简单地说，RAID是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统，提供了比单 个磁盘更高的存储性能和数据冗余技术。
6-第4章-UNIX文件系统
cp :文件拷贝
• 格式：cp [option] 源文件目标文件/目录 • [option]选项： • -i:拷贝过程中，若目标文件，则询问是否覆 盖写， • -r:递归拷贝，拷贝指定目录中的全部内容 • 例： • % cp aa.c bb.c • % cp –i aa.c bb.c • % cp –r /home/wang/dir1
一般文件管理系统结构
用户可见的文件组织结构
• 堆。是一种最简单的组织形式，文件中的记录具有可变长 度和可变域，按照数据到达的先后顺序排列。
• 顺序文件。是较常用的方式，文件中的记录有固定格式和 固定的长度，可按固定顺序的固定域进行存放，并且每个 记录有一个关键字域。
• 索引顺序文件。是在顺序文件方式的基础上增加可随机访 问关键字特征而形成的。 • 索引文件。是一种非常便于查询的文件结构，文件中的每 个可能成为检索条件的域都可以建立索引，对记录的访问 都通过索引完成。 • 直接文件（或称散列文件）。可以实现对磁盘中的任何一 个地址进行直接访问，使用一个散列函数，每次散列函数 的计算结果直接对应一个磁盘地址。
文件系统安装与拆卸（1）
安装文件系统命令mount
• • • • • • • • • mount [option] filesystem mountpoint 说明： option可取： -h -----输出该命令帮助信息 -V-----输出该命令版本号 -a -----按fstab文件所指位置安装所有文件系统 -F-----为设备生成一个安装点 -r-----安装的只读文件 -w----安装文件可读可写
Link 文件
• 文件共享的关联方式，符号连接文件是一 种链接指针，它允许指向一个已存在的文 件，可以共享该文件但不复制其文件内容 。文件类型为l
04操作系统和文件管理PPT课件
-
12
计算机操作系统
❖ 常见的操作系统：
Windows：最流行的操作系统，占全球 的80%以上，目前有若干版本
Mac os：基于Mac机
UNIX：常用于服务器
Linux：可自由下载，也有商业性的
DOS：Microsoft公司和IBM公司的早期
产品，目前很少被使用，典型的命令行
界面
-
13
计算机操作系统
-
54
数据备份
❖ 备份方法：
优盘、zip盘：适合于小文件的备份，携带 方便
光盘：适合于备份较多的数据，但速度比 硬盘慢、需要特定软件和设备
网络备份：可将数据放入局域网服务器上， 或因特网网站上的网络存储空间内，甚至 是邮箱内，可随时随地上传下载，但可用 空间较小
-
55
数据备份
内置硬盘：适合于经常更换的备份， 空间大、速度快，但易发生机械故障
❖ 读文件：操作系统查找MFTFra bibliotek找到存 储该文件的第一个簇，并将读写头移 过去然后读数据到RAM中
-
47
文件管理
❖ 文件存储后 可能是连续 的也可能是 离散的
-
48
文件管理
❖ 删除文件：操作系统将文件所在簇的状 态改变为“空”，并将文件名从MFT中 移除。但文件的实际数据仍然存储在所 在的簇内，直到其它的文件存储进来把 原来的数据覆盖掉
信息技术导论
操作系统和文件管理
-
1
计算机操作系统
❖ 操作系统：管理计算机硬件和应用程 序等的系统软件，对内调度和管理资 源，对外向用户提供与计算机交互的 界面
-
2
计算机操作系统
❖ 资源：任何能够根据要求完成任务的 组件，如：CPU、内存、硬盘、外围 设备等，把资源在应用程序之间调度
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是物理结构。
逻辑结构与物理结构的差别
• 逻辑结构：内容的组织形式 • 物理结构：数据的存储
4.1.2 文件结构
逻辑结构（用户观点）：研究的是用户思
维中的抽象文件，也叫逻辑文件。其目的
是为用户提供一种结构清晰、使用简便的
逻辑组织。用户按此去存储、检索和加工
处理有关文件信息。
4.1.2 文件结构
物理结构（实现观点）：研究的是存储在
的存取速度，关系到文件共享性和安
全性，因此组织好文件的目录是设计
文件系统的重要环节。
4.2.1 一级目录系统
在系统中设置一张 线性目录表，表中 包括了所有文件的 文件控制块，每个 文件控制块指向一 个普通文件，这就 是一级目录结构。
4.2.1 一级目录系统
一级目录结构简单，能实现目录管理的基 本功能--按名存取，但存在以下缺点： • 查找速度慢
• 不允许重名
• 不便于实现文件共享
因此它只适用于单用户环境。
4.2.2 两级目录系统
为改变一级目录文件目录命名冲突，并提 高对目录文件检索速度而将目录分为两级： • 一级称为主文件目录(MFD)，给出用户名， 用户子目录所在的物理位置； • 二级称为用户文件目录(UFD)，给出该用户 所有文件的FCB
物理设备介质上的实际文件，即物理文件。
其目的是选择一些性能良好、设备利用率
高的物理结构。系统按此和外部设备打交
道，控制信息的传输。
文件逻辑结构
按文件的逻辑结构分，可将文
件分为无结构的字符流式文件和有 结构的记录式文件。
文件逻辑结构
1.字符流式文件
• 字符流式文件是由字符序列组成的文件，其内 部信息不再划分结构，也可以理解为字符是该 文件的基本信息单位。访问流式文件时，依靠 读写指针来指出下一个要访问的字符。
6.1.4 文件存取
• 文件索引访问，也称按键访问，这种方 式对文件中的记录按某个数据项 ( 通常称 为键 ) 的值来排列，从而可以根据键值来 快速存取。如索引表很长，则可以将索 引表再加以索引，以形成具有层次结构 的多级索引。如果将记录块的物理位置 作为键值，那么可以将随机访问作为索 引访问的特例。
存储、检索、共享和保护。
• 从用户角度来看，文件系统主要是实现“按名
存取”，文件系统的用户只要知道所需文件的
文件名，就可存取文件中的信息，而无需知道
这些文件究竟存放在什么地方。
文件系统模型
用户(程序) 文件系统接口 操纵和管理对 象的软件集合
对象及属性
文件 目录 磁盘空间
4.1 文件
4.1.1 文件命名
• 当前目录可根据需要任意改变。
• 当前目录一般存放在内存
目录检索
• 全路径名：从根目录开始，列出由根到用户指
定文件的全部有关子目录，又称为“绝对路径
名”。当目录层次较多时检索要耗费很多时间。
• 相对路径：从当前目录开始到所要访问文件的
一段路径，即以当前目录作为路径的相对参照
点，检索路径缩短，检索速度提高。
文件系统的组成和概念
• 操作系统中统一管理信息资源的软件模
块，负责管理文件的存储、检索、更新，
提供安全可靠的共享和保护手段，方便
用户的使用。
• 文件系统=文件管理程序（文件和目录的
集合）+它所管理的全部文件
文件系统的功能目标
• 从系统角度来看，文件系统是对文件存储器的
存储空间进行组织、分配和回收，负责文件的
4.2.2 两级目录系统
4.2.2 两级目录系统
优点：解决了文件的重名问题和文件共享
问题，提高搜索速度，查找时间降低。
缺点：缺点是不太适合大量用户和大量文
件的大系统，增加了系统开销。
4.2.3 树型目录系统
• 把二级目录的层次关系加以推广，就形成 了多级目录，又称为树型目录结构 。 • 在树型目录结构中，除了最低一级的物理 块中装有文件信息外，其他每一级目录中 存放的都是下一级目录或文件的说明信息， 由此形成层次关系，最高层为根目录，最 低层为文件。
数据文件 文件结构定义 磁盘空间
磁盘数据存取
磁盘空间分配
文件系统服务器
文件的组成和作用
• 具有标识的、在逻辑上有完整意义的信息 项的序列。 • 标识——文件名、信息项——文件体。
• 文件的逻辑含义：由文件的创建者和使用 者进行定义和维护。 • 文件必须便于存储、检索、共享。
• 广义的“文件”概念：所有可存储、提供 信息资源的设备均可称为文件。
在树形目录结构中，从根目录到任
何数据文件，都只有一条惟一的通路。
在该路径上从树的根(即主目录)开始，
把全部目录文件名与数据文件名，依次
连接起来，即构成该数据文件的路径名。
当前目录
• 为了提高文件检索速度，文件系统向用户 提供了一个当前正在使用的目录，称为当 前目录（也称工作目录或值班目录）。查 找一个文件可从当前目录开始，使用部分 路径名。
• 这种文件的管理简单，要查找信息的基本单位 困难。
文件逻辑结构
2. 记录式文件
• 这是一种有结构文件。它把文件内的信息划分
为多个记录，用户以记录为单位来组织信息。
• 记录是一个具有特定意义的信息单位，它由该
记录在文件中的相对位置、记录名以及该记录
对应的一组键、属性及属性值组成，可按键值
进行查找。
4.1.5 文件属性
文件可包括两个部分内容： • 文件所包含的数据，常称为文件数据； • 关于文件本身的说明信息或属性信息， 常称为文件属性。这些信息主要被文件
系统用来管理文件。
4.1.6 文件操作
• CREATE：创建没有任何数据的文件。 • DELETE：删除文件以释放磁盘空间。 • OPEN ：将文件属性和磁盘地址表载入主存，便于以 后系统调用的快速存取。 • CLOSE：关闭文件以释放内部表空间。 • READ：从文件中读取数据。一般，读出的数据来自 当前位置。调用者必须指明需要读取多少数据，并且 提供存放这些数据的缓冲区。 • WRITE：向文件中写入数据，写操作一般也是从当前 位置开始。如果当前位置是文件末尾，文件长度增加。 如果当前位置在文件中间，则现有数据被重写，并且 永远丢失了。
4.3 文件系统的实现
文件系统布局 – 如何划分磁盘空间——磁盘分区 文件系统的技术实现 – 文件的实现：磁盘空间分配方案：连续、 链接、索引 – 目录的实现：如何有效的保存文件名、 文件属性和物理地址 – 文件共享的实现
4.3 文件系统的实现
磁盘空间管理 – 以块为单位使用磁盘空间——对比存储 管理中的“分页式” – 空闲块记录与磁盘配额限制 文件系统的可靠性与性能保证 – 文件备份与文件系统一致性 – 高速缓存、块提前读、减少磁盘臂运动
现代操作系统
第4章 文件系统
福州大学 软件学院 授课教师：江兰帆
文件系统概述
计算机为什么需要文件？
– 数量原因——内存无法保存大量信息
– 时间原因——内存无法永久保存信息
– 应用原因——内存无法方便实现共享
文件系统概述
应用层观点：逻辑抽象
安全、保护
映 射
物理层观点：空间管理
磁盘设备防护
文件访问控制
4.3.2 文件的实现
若1000个学生的信息放在一个文件中，
每个学生的信息都占用10B.
要读取第60个学生的信息，偏移？
4.3.2 文件的实现
常用的磁盘空间分配策略主要包
括连续空间分配、链接空间分配、索
引空间分配等。每种策略都有各自的
优缺点。一般情况下，一个文件系统 只采用一种策略来分配文件空间。
连续分配
• 建立文件前需要能预先确定文件长度， 以便分配存储空间； • 修改、插入和增生文件记录有困难；
• 要求有连续的存储空间：容易产生碎片 问题。
使用信息类 –文件建立时间 –上次修改时间 –当前使用信息
4.2 目录
• 把所有的FCB组织在一起，就构成了文
件目录，即文件控制块的有序集合。
• 目录文件：为了实现对文件目录的管理， 通常将文件目录以文件的形式保存在外 存，这个文件就叫目录文件。
长度固定的 记录式文件。
目录结构
目录结构的组织关系到文件系统
多级目录结构
A B C
A B D
F E D
G A
A C
J
N K
J M K
A H F
4.2.3 树型目录系统
优点：
层次结构清晰，便于管理和保护；有利于
文件分类；解决重名问题；提高文件检索
速度；能进行存取权限的控制
缺点：
查找一个文件按路径名逐层检查，由于每 个文件都放在外存，多次访盘影响速度
4.2.4 路径名
连续分配
将一个文件中逻辑上连续的信息存
放到存储介质的依次相邻的块上便形
成顺序结构，这类文件叫连续文件，
又称顺序文件。
连续分配
连续分配
Question:
目录(FCB)中用于寻址的信息有哪些？
对于这类文件，目录通常只需包括文 件名、文件块的起始地址和文件长度。
连续分配
• 实现简单；
• 支持顺序存取和随机存取； • 顺序访问速度快： • 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少
记录式文件
记录式文件
• 定长记录：所有记录长度相等 • 变长记录：记录长度不固定。
(a)固定长度记录
(b)可变长度记录
记录式文件
• 在定长记录文件中，各个记录长度相等。 在检索时，可以根据记录号I及记录长度 L就可以确定该记录的逻辑地址。 • 在不定长记录文件中，各个记录的长度不 等，在查找时，必须从第一个记录起一个 记录一个记录查找，直到找到所需的记录。
文件命名提供了一种将数据保存在外
逻辑结构与物理结构的差别
• 逻辑结构：内容的组织形式 • 物理结构：数据的存储
4.1.2 文件结构
逻辑结构（用户观点）：研究的是用户思
维中的抽象文件，也叫逻辑文件。其目的
是为用户提供一种结构清晰、使用简便的
逻辑组织。用户按此去存储、检索和加工
处理有关文件信息。
4.1.2 文件结构
物理结构（实现观点）：研究的是存储在
的存取速度，关系到文件共享性和安
全性，因此组织好文件的目录是设计
文件系统的重要环节。
4.2.1 一级目录系统
在系统中设置一张 线性目录表，表中 包括了所有文件的 文件控制块，每个 文件控制块指向一 个普通文件，这就 是一级目录结构。
4.2.1 一级目录系统
一级目录结构简单，能实现目录管理的基 本功能--按名存取，但存在以下缺点： • 查找速度慢
• 不允许重名
• 不便于实现文件共享
因此它只适用于单用户环境。
4.2.2 两级目录系统
为改变一级目录文件目录命名冲突，并提 高对目录文件检索速度而将目录分为两级： • 一级称为主文件目录(MFD)，给出用户名， 用户子目录所在的物理位置； • 二级称为用户文件目录(UFD)，给出该用户 所有文件的FCB
物理设备介质上的实际文件，即物理文件。
其目的是选择一些性能良好、设备利用率
高的物理结构。系统按此和外部设备打交
道，控制信息的传输。
文件逻辑结构
按文件的逻辑结构分，可将文
件分为无结构的字符流式文件和有 结构的记录式文件。
文件逻辑结构
1.字符流式文件
• 字符流式文件是由字符序列组成的文件，其内 部信息不再划分结构，也可以理解为字符是该 文件的基本信息单位。访问流式文件时，依靠 读写指针来指出下一个要访问的字符。
6.1.4 文件存取
• 文件索引访问，也称按键访问，这种方 式对文件中的记录按某个数据项 ( 通常称 为键 ) 的值来排列，从而可以根据键值来 快速存取。如索引表很长，则可以将索 引表再加以索引，以形成具有层次结构 的多级索引。如果将记录块的物理位置 作为键值，那么可以将随机访问作为索 引访问的特例。
存储、检索、共享和保护。
• 从用户角度来看，文件系统主要是实现“按名
存取”，文件系统的用户只要知道所需文件的
文件名，就可存取文件中的信息，而无需知道
这些文件究竟存放在什么地方。
文件系统模型
用户(程序) 文件系统接口 操纵和管理对 象的软件集合
对象及属性
文件 目录 磁盘空间
4.1 文件
4.1.1 文件命名
• 当前目录可根据需要任意改变。
• 当前目录一般存放在内存
目录检索
• 全路径名：从根目录开始，列出由根到用户指
定文件的全部有关子目录，又称为“绝对路径
名”。当目录层次较多时检索要耗费很多时间。
• 相对路径：从当前目录开始到所要访问文件的
一段路径，即以当前目录作为路径的相对参照
点，检索路径缩短，检索速度提高。
文件系统的组成和概念
• 操作系统中统一管理信息资源的软件模
块，负责管理文件的存储、检索、更新，
提供安全可靠的共享和保护手段，方便
用户的使用。
• 文件系统=文件管理程序（文件和目录的
集合）+它所管理的全部文件
文件系统的功能目标
• 从系统角度来看，文件系统是对文件存储器的
存储空间进行组织、分配和回收，负责文件的
4.2.2 两级目录系统
4.2.2 两级目录系统
优点：解决了文件的重名问题和文件共享
问题，提高搜索速度，查找时间降低。
缺点：缺点是不太适合大量用户和大量文
件的大系统，增加了系统开销。
4.2.3 树型目录系统
• 把二级目录的层次关系加以推广，就形成 了多级目录，又称为树型目录结构 。 • 在树型目录结构中，除了最低一级的物理 块中装有文件信息外，其他每一级目录中 存放的都是下一级目录或文件的说明信息， 由此形成层次关系，最高层为根目录，最 低层为文件。
数据文件 文件结构定义 磁盘空间
磁盘数据存取
磁盘空间分配
文件系统服务器
文件的组成和作用
• 具有标识的、在逻辑上有完整意义的信息 项的序列。 • 标识——文件名、信息项——文件体。
• 文件的逻辑含义：由文件的创建者和使用 者进行定义和维护。 • 文件必须便于存储、检索、共享。
• 广义的“文件”概念：所有可存储、提供 信息资源的设备均可称为文件。
在树形目录结构中，从根目录到任
何数据文件，都只有一条惟一的通路。
在该路径上从树的根(即主目录)开始，
把全部目录文件名与数据文件名，依次
连接起来，即构成该数据文件的路径名。
当前目录
• 为了提高文件检索速度，文件系统向用户 提供了一个当前正在使用的目录，称为当 前目录（也称工作目录或值班目录）。查 找一个文件可从当前目录开始，使用部分 路径名。
• 这种文件的管理简单，要查找信息的基本单位 困难。
文件逻辑结构
2. 记录式文件
• 这是一种有结构文件。它把文件内的信息划分
为多个记录，用户以记录为单位来组织信息。
• 记录是一个具有特定意义的信息单位，它由该
记录在文件中的相对位置、记录名以及该记录
对应的一组键、属性及属性值组成，可按键值
进行查找。
4.1.5 文件属性
文件可包括两个部分内容： • 文件所包含的数据，常称为文件数据； • 关于文件本身的说明信息或属性信息， 常称为文件属性。这些信息主要被文件
系统用来管理文件。
4.1.6 文件操作
• CREATE：创建没有任何数据的文件。 • DELETE：删除文件以释放磁盘空间。 • OPEN ：将文件属性和磁盘地址表载入主存，便于以 后系统调用的快速存取。 • CLOSE：关闭文件以释放内部表空间。 • READ：从文件中读取数据。一般，读出的数据来自 当前位置。调用者必须指明需要读取多少数据，并且 提供存放这些数据的缓冲区。 • WRITE：向文件中写入数据，写操作一般也是从当前 位置开始。如果当前位置是文件末尾，文件长度增加。 如果当前位置在文件中间，则现有数据被重写，并且 永远丢失了。
4.3 文件系统的实现
文件系统布局 – 如何划分磁盘空间——磁盘分区 文件系统的技术实现 – 文件的实现：磁盘空间分配方案：连续、 链接、索引 – 目录的实现：如何有效的保存文件名、 文件属性和物理地址 – 文件共享的实现
4.3 文件系统的实现
磁盘空间管理 – 以块为单位使用磁盘空间——对比存储 管理中的“分页式” – 空闲块记录与磁盘配额限制 文件系统的可靠性与性能保证 – 文件备份与文件系统一致性 – 高速缓存、块提前读、减少磁盘臂运动
现代操作系统
第4章 文件系统
福州大学 软件学院 授课教师：江兰帆
文件系统概述
计算机为什么需要文件？
– 数量原因——内存无法保存大量信息
– 时间原因——内存无法永久保存信息
– 应用原因——内存无法方便实现共享
文件系统概述
应用层观点：逻辑抽象
安全、保护
映 射
物理层观点：空间管理
磁盘设备防护
文件访问控制
4.3.2 文件的实现
若1000个学生的信息放在一个文件中，
每个学生的信息都占用10B.
要读取第60个学生的信息，偏移？
4.3.2 文件的实现
常用的磁盘空间分配策略主要包
括连续空间分配、链接空间分配、索
引空间分配等。每种策略都有各自的
优缺点。一般情况下，一个文件系统 只采用一种策略来分配文件空间。
连续分配
• 建立文件前需要能预先确定文件长度， 以便分配存储空间； • 修改、插入和增生文件记录有困难；
• 要求有连续的存储空间：容易产生碎片 问题。
使用信息类 –文件建立时间 –上次修改时间 –当前使用信息
4.2 目录
• 把所有的FCB组织在一起，就构成了文
件目录，即文件控制块的有序集合。
• 目录文件：为了实现对文件目录的管理， 通常将文件目录以文件的形式保存在外 存，这个文件就叫目录文件。
长度固定的 记录式文件。
目录结构
目录结构的组织关系到文件系统
多级目录结构
A B C
A B D
F E D
G A
A C
J
N K
J M K
A H F
4.2.3 树型目录系统
优点：
层次结构清晰，便于管理和保护；有利于
文件分类；解决重名问题；提高文件检索
速度；能进行存取权限的控制
缺点：
查找一个文件按路径名逐层检查，由于每 个文件都放在外存，多次访盘影响速度
4.2.4 路径名
连续分配
将一个文件中逻辑上连续的信息存
放到存储介质的依次相邻的块上便形
成顺序结构，这类文件叫连续文件，
又称顺序文件。
连续分配
连续分配
Question:
目录(FCB)中用于寻址的信息有哪些？
对于这类文件，目录通常只需包括文 件名、文件块的起始地址和文件长度。
连续分配
• 实现简单；
• 支持顺序存取和随机存取； • 顺序访问速度快： • 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少
记录式文件
记录式文件
• 定长记录：所有记录长度相等 • 变长记录：记录长度不固定。
(a)固定长度记录
(b)可变长度记录
记录式文件
• 在定长记录文件中，各个记录长度相等。 在检索时，可以根据记录号I及记录长度 L就可以确定该记录的逻辑地址。 • 在不定长记录文件中，各个记录的长度不 等，在查找时，必须从第一个记录起一个 记录一个记录查找，直到找到所需的记录。
文件命名提供了一种将数据保存在外