精品课件-Linux操作系统原理与应用(张玲)-第6章
第6章 文 件 管 理
2. 磁盘空间的逻辑结构 由于磁盘是高速设备，一次读/写操作可以同时访问多个 相邻的扇区(通常是在同一柱面上)。因此，文件系统在读/写 磁盘时不是以扇区为单位，而是以块为单位的。块(block)由 若干个相邻的扇区组成，它是对存储空间的逻辑划分。块的大 小依赖于文件系统的设置和磁盘容量，但必须是扇区大小的2 的整数倍，并且要小于内存页帧的大小。通常块的大小是 512 B、1 KB或4 KB。 在文件系统看来，磁盘的存储空间是由许多在逻辑上连续 的块组成的，它们从0到n编号，如图6-4所示。文件系统以块 为单位保存文件数据，也以块为单位传输数据。所以称这类存 储设备为块设备。访问文件时，只要指定块号即可，不必关心 它对应的扇区的位置，磁盘驱动程序会进行逻辑块到物理块
第6章 文 件 管 理 6.1.3 文件的物理结构与存储方式
文件的物理结构是文件在外存中的组织和存放形式，是文 件系统底层所使用的文件结构。文件的物理结构与存储介质的 物理特性有关。在介绍文件的物理结构之前有必要了解一些存 储设备的知识和存储空间的结构。
文件的存储设备包括磁带、磁盘、闪存、光盘等，典型的 存储设备是磁盘。下面简单介绍磁盘的物理结构及磁盘空间的 逻辑结构。
第6章 文 件 管 理
2. 文件的操作 对文件的操作主要有建立/删除、打开/关闭、读/写、修 改属性等。 建立文件时用户要为文件指定一个文件名，文件系统以文 件名为标识建立文件的FCB，并为文件分配存储空间等资源。 删除文件的操作与此相反，用户指定要删除的文件名，文件系 统删除该文件的FCB，并释放其占用的存储空间等资源。 对文件的读/写操作都要经过文件的FCB来进行。由于FCB 存放在外存空间中，如果每次读/写文件都要访问外存FCB的 话，存取速度将很低。因此在对文件进行任何读/写操作前， 需要先打开文件。打开文件就是在内存中生成文件的FCB，并 返回一个标识其内存FCB的文件标识符，随后的读/写操作将 通过此文件标识符进行。所有读/写完成后应关闭文件。关闭 文件操作将内存FCB的内容写回外存FCB，回收文件描述符，
第6章 文 件 管 理
3. 文件的描述 为了实施和控制对文件的各种访问操作，文件系统为每个 文件都建立了一个文件控制块(File Control Block，FCB)。 文件的FCB的作用类似于进程的PCB，它记录了文件的使用者 和管理者所关心的所有信息，包括文件名、属主、文件大小、 物理存储位置、修改和访问时间、存取权限等。当用户创建一 个新文件时，文件系统就为这个文件建立起一个FCB。随着文 件的操作，FCB的内容也相应地变化。当文件被删除时，它的 FCB也就消失了。
第6章 文 件 管 理
2) 随机存取 随机存取也称为直接存取，就是从文件的指定位置开始存 取一段数据。很多应用场合需要随机存取，例如，数据库管理 程序从数据库表文件中读取或修改一个记录就是一种随机存取。 随机存取的方法是：先将读/写指针定位到文件的指定位 移处(比如用C函数lseek()等)，然后从此位置开始存取指定 字2 文件的逻辑结构与存取方式
1. 文件的逻辑结构 文件的逻辑结构是从文件的使用者角度所看到的文件信息 的组织形式，它独立于文件的物理存储特性。 文件的逻辑结构主要分为两种类型：一种是记录式文件， 另一种是流式文件。
第6章 文 件 管 理
1) 记录式文件 记录式文件由若干记录组成，记录具有固定的长度和一致 的内部结构，其中有一个用于标识记录的记录号字段。用户程 序预先定义好文件记录的格式，文件系统就按此格式创建文件。 访问文件时要向文件系统提供记录号，文件系统则以记录为单 位进行文件的定位和读/写。 记录式文件是结构化的文件，它就像一张表格，用户程序 要按预先规定的格式填写数据和读取数据，使用起来不够灵活， 也不便于构造不规则的应用格式。另外，记录的大小与存储块 的大小难以匹配，读/写操作的复杂度较高。由于这些原因， 记录式文件已渐被淘汰。
第6章 文 件 管 理 图6-4 磁盘存储空间的逻辑结构
第6章 文 件 管 理
3. 文件的物理结构 文件的物理结构主要有3种：连续文件、链接文件和索引 文件。 1) 连续文件 连续文件的存储方案是将文件的内容按逻辑顺序存放在连 续的存储块中，这是最简单的存储分配方案，如图6-5所示。 假设磁盘空间采用4K大小的块，文件A的大小为25K，系统为 它分配了连续的7块。文件B的大小为10K，系统为它分配了连 续的3块。它们的存储空间是连续的，起始块号和占用的块数 都记录在它们各自的目录项中。
第6章 文 件 管 理
目录的主要功能是实现文件的“按名存取”，即用户只需 提供文件名就可以对文件进行各种操作。目录实现了文件名到 文件物理存放位置的映射。
目录的另一个功能是合理地组织文件。现在，几乎所有的 操作系统都采用树形目录结构，就是将文件分层分类地组织成 一个树状结构，从根目录开始向下延伸。树形目录结构的特点 是层次清楚，便于文件分类管理，可加快文件的检索速度。另 外，树形目录还允许文件重名，即只要文件不在同一目录下便 可以使用相同的名字。
第6章 文 件 管 理
1. 磁盘的物理结构 磁盘的结构如图6-3所示。磁盘由一组盘片组成，每个盘 片有两个盘面，在对磁盘进行物理格式化时，在盘面上划分出 多个同心圆，称为磁道(track)。所有盘面的相同位置的磁道 组成的圆柱体，称为柱面(cylinder)。每个磁道又划分为多 个弧段，称为扇区(sector)，通常的大小是512字节。扇区是 磁盘的物理块，是磁盘上可寻址的最小存储单位。文件的数据 就存储在一系列扇区中。
第6章 文 件 管 理 图6-2 流式文件的存取
第6章 文 件 管 理
1) 顺序存取 顺序存取就是从文件头开始顺序地访问文件的每一段信息， 直到文件尾。应用程序在加载、保存、传输文件时，或对文件 做某些过滤性处理时，都要对文件进行顺序存取操作。 顺序存取的通常做法是在一个循环中调用文件读/写函数， 直到遇到文件结束符(EOF)。
第6章 文 件 管 理
3) 文件的物理结构 文件的物理结构又称为存储结构，是指文件在外存上的存 储组织形式。文件系统负责文件的逻辑结构与物理结构之间的 映射。 文件的物理结构分为连续文件、链接文件和索引文件3种， 具体介绍见6.1.3小节。 操作系统所关心的是文件的逻辑结构与物理结构。逻辑结 构是供文件系统的用户使用的，物理结构是文件系统内部使用 的。将逻辑结构与物理结构相区分，是为了向用户屏蔽有关文 件存储的细节，使用户可以只凭简单的逻辑结构来使用文件。
第6章 文 件 管 理
4. 文件目录 计算机系统中通常存有大量的文件，系统须采用某种有效 的形式来组织和管理这些文件。由于文件与文件的FCB一一对 应，因此，管理文件就是管理文件的FCB。 文件系统采用目录来组织文件。目录是FCB的有序集合， 通过目录将所有的FCB分层分类地组织在一起，方便了文件的 检索操作。由于目录的信息是需要长久保存的，所以目录也需 以文件的形式存在。为此，系统定义了一种特殊的文件——目 录文件，其内容是一组FCB构成的文件列表，每个表项是一个 文件的FCB，在目录里就称为目录项了。由于目录本身也是文 件，因此目录的FCB也可以作为另一个目录中的目录项，从而 构成目录的层次关系。
第6章 文 件 管 理
旋转 磁道
扇区
柱面
移动
磁头
图6-3 磁盘结构示意图(上为俯视图，下为侧视图)
第6章 文 件 管 理
磁盘在启动后高速旋转。每个磁面上有一个磁头，可以在 不同磁道之间来回移动。扇区的定位参数有三个，即柱面号、 磁头号和扇区号。访问磁盘时，先将磁头移动到指定的柱面上， 等待要访问的扇区转到磁头下，然后指定的磁头开始读/写数 据。
第6章 文 件 管 理
3. 文件的存取方式 不论是记录式文件还是流式文件，其逻辑结构都是一维的， 但存取方式有所不同。这里针对流式文件的存取方式介绍如何 根据逻辑结构存取文件。 存取文件指的是对文件的读/写操作。每个打开的文件都 有一个指示读/写位置的指针offset，如图6-2所示。文件刚 打开时，读/写位置位于文件头0字节处。每次读/写文件时 (比如用C函数read()和write()等)，根据给定的长度参数读/ 写count个字节，完成后位置指针会自动移到读/写完的位置 之后，这样下次读/写就接着本次的位置顺序地进行下去。必 要时，也可以通过设置读/写位置指针来改变读/写的次序。例 如，需要追加写入时，需先将位置指针定位到文件尾。
第6章 文 件 管 理
2) 流式文件 流式文件是由字节序列组成的文件，是无结构的文件。用 户程序访问文件时只要指定文件的偏移位置和要读/写的字节 数，文件系统即可方便地存取指定部分的文件内容。 流式文件就像一张白纸，没有任何格式上的限制。用户程 序可任意地在字节流上构造自己的应用格式。写文件时，用户 程序按自己定义的结构来组织数据，然后把它们作为字节流写 入文件；读文件时，将读出的字节流再解释成自己使用的结构。 因此说，无结构实际上就是不限制结构的意思，这为应用程序 提供了很大的灵活性，同时又简化了文件系统的操作。所以现 代流行的操作系统，如Unix、Linux、Windows、OS/2等均采 用流式文件作为文件的逻辑结构。
第6章 文 件 管 理 5. 文件的结构 文件结构是文件内容的组织方式。从不同层面上看到的文 件结构有所不同。图6-1所示是文件在三个不同抽象层次上的 结构。
第6章 文 件 管 理 图6-1 文件的结构
第6章 文 件 管 理
第6章 文 件 管 理
1) 文件的格式 终端用户是通过应用程序来使用文件的，从他们的角度看 到的是文件的应用结构，也就是文件的格式。文件的格式由处 理文件的应用程序定义和使用，通常以后缀名相区分。如 “.doc”文件是由Word程序使用的格式，“.bmp”是图片处 理程序使用的格式。 根据文件格式的结构类型，文件大致可分为结构化文件 (如列表文件、数据库文件等)、半结构化文件(如Web文档、 图片、图像等)和无结构文件(如纯文本文件等)。
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精品课件-Linux操作系统原理与应用(张玲)-第4章
第4章 进 程 管 理
2. 进程的特性 进程与程序的不同主要体现在进程有一些程序所没有的特 性。要真正理解进程，首先应了解它的基本性质。进程具有以 下几个基本特性： (1) 动态性：进程由“创建”而产生，由“撤销”而消 亡，因“调度”而运行，因“等待”而停顿。进程从创建到消 失的全过程称为进程的生命周期。 (2) 并发性：在同一时间段内有多个进程在系统中活动。 它们宏观上是在并发运行，而微观上是在交替运行。
第4章 进 程 管 理
(3) 独立性：进程是可以独立运行的基本单位，是操作 系统分配资源和调度管理的基本对象。因此，每个进程都独立 地拥有各种必要的资源，独立地占有CPU并独立地运行。
(4) 异步性：每个进程都独立地执行，各自按照不可预 知的速度向前推进。进程之间的协调运行由操作系统负责。
第4章 进 程 管 理
第4章 进 程 管 理
4) 现场信息 现场信息一般包括CPU的内部寄存器和系统堆栈等，它们 的值刻画了进程的运行状态。退出CPU的进程必须保存好这些 现场状态，以便在下次被调度时继续运行。当一个进程被重新 调度运行时，要用PCB中的现场信息来恢复CPU的运行现场。 现场一旦切换，下一个指令周期CPU将精确地接着上次运行的 断点处继续执行下去。
第4章 进 程 管 理
4.1.1 程序的顺序执行与并发执行 1. 程序的顺序执行 如果程序的各操作步骤之间是依序执行的，程序与程序之
间是串行执行的，这种执行程序的方式就称为顺序执行。顺序 执行是单道程序系统中的程序的运行方式。
程序的顺序执行具有如下特点： (1) 顺序性：CPU严格按照程序规定的顺序执行，仅当一 个操作结束后，下一个操作才能开始执行。多个程序要运行时， 仅当一个程序全部执行结束后另一个程序才能开始。
精品课件-Linux操作系统原理与应用(张玲)-第3章
第3章 vi文本编辑器 vi是一个全屏幕文本编辑器，具有文本编辑所需的所有功 能。vi以高效和快捷著称，这是vi能够在编辑器领域中保持 几十年领先地位的原因。以下介绍vi的几个突出特点。
第3章 vi文本编辑器
1. 编辑功能强大 vi的编辑功能十分强大，除通常的编辑功能外，vi还支 持一些高级编辑特性，如正则表达式、宏和命令脚本。利用这 些特性可以完成非常复杂的编辑任务，实现编辑的智能化和自 动化。另一方面，vi的功能又十分专注，它只是一个编辑器， 没有其他功能。Linux系统提供了许多专门用途的工具，如排 版、排序、流过滤、E-mail、编译等软件。vi可以和这些工 具软件协同工作，从而实现几乎所有的文件加工处理任务。用 一些小而精悍、功能专一的工具结合起来完成复杂的处理功能， 这正是Unix的设计哲学。
文本修改(correct)是指改写一部分文本的内容，修改的
过程是：先删除指定范围内的文本，然后插入新文本，最后用
Esc键结束插入。以下介绍几个常用的修改命令。
修改命令：
cc
修改光标所在的行。
C
修改光标处到行尾的文本。
c +定位符
修改光标到指定范围内的文本。常用的
有：
c0、c^ 修改光标左面的文本。
c$ 修改光标右面的文本。
第3章 vi文本编辑器
3.2.1 屏幕翻滚 当编辑的文件比较大时，使用翻屏命令可以快速地将要编
辑的区域调入屏幕显示区。用PageDown和PageUp键可以方便 地实现上下翻屏，但在有些场合下需要用命令来实现更灵活的 翻屏操作。常用的几个翻屏命令介绍如下。
翻屏命令： Ctrl+u： 向上翻半屏。 Ctrl+d： 向下翻半屏。 Ctrl+f： 向下翻一屏。同PageDown键。 Ctrl+b： 向上翻一屏。同PageUp键。 [n]z+Enter：将第n行滚至屏幕顶部，不指定n时将当前 行滚至屏幕顶部。
精品课件-Linux操作系统原理与应用(张玲)-第7章
3) 设备控制逻辑 设备控制逻辑是I/O端口与设备之间的翻译器，它的主要 功能包括： (1) 命令译码：设备控制逻辑负责对控制寄存器中的I/O 命令进行译码，确定具体的设备，产生对设备的一系列控制信 号，控制设备的操作。例如，磁盘控制器接收到I/O命令后， 先要根据实际磁盘的几何结构对I/O请求进行优化，确定访问 位置及顺序；然后进行译码，产生驱动磁头定位和数据读/写 的磁盘操作信号，发送给磁盘驱动器。 (2) 状态解释：当设备执行完一个操作后，设备控制逻 辑对从设备接收到的状态信号进行解释和编码，存入状态寄存 器。
第7章 设 备 管 理
4. 独占设备与共享设备 按设备的使用方式，设备分为独占设备和共享设备。 独占设备是在某一时间段内只能被一个进程所使用的设备。 打印机、终端设备等都是独占设备。当一个进程占用打印机输 出时，其他要打印的进程只能等待。 共享设备是允许多个进程同时使用的设备。磁盘等存储设 备都是共享设备，它们允许多个进程同时访问文件，存取文件 的数据。
第7章 设 备 管 理
4) 中断与DMA控制 大部分的设备都工作在中断方式下，它们具有中断控制的 逻辑，可以向中断控制器发送中断请求信号并接收中断控制器 发回的中断应答信号。启用了DMA方式的控制器还具有DMA控 制逻辑，可以向DMA控制器发送DMA请求和接收DMA应答。 5) 设备接口 设备接口是控制器与设备之间的接口。一个控制器可以连 接多台设备，每个接口连接一台设备。设备接口主要负责针对 具体设备的信号发送、数据和状态采集等操作。
第7章 设 备 管 理
2. I/O接口 出于通用性设计的考虑，计算机硬件结构都提供了一些标 准的设备接口，这些接口遵照统一的标准来设计，不同的设备 只要遵从同一标准即可通过该接口与系统连接。根据所接驳的 设备种类的不同，可以将I/O接口分为两类：一类是可连接各 种类型的设备的通用接口，如串口、并口、USB接口等都属于 通用I/O接口；另一类是为连接某类设备而设置的专用接口， 如IDE和SCSI接口都是块存储设备的专用接口。一个I/O接口 可以带多个同类型的设备。例如一个IDE接口可以带两个IDE 磁盘驱动器。
第7章 设 备 管 理
4. 独占设备与共享设备 按设备的使用方式，设备分为独占设备和共享设备。 独占设备是在某一时间段内只能被一个进程所使用的设备。 打印机、终端设备等都是独占设备。当一个进程占用打印机输 出时，其他要打印的进程只能等待。 共享设备是允许多个进程同时使用的设备。磁盘等存储设 备都是共享设备，它们允许多个进程同时访问文件，存取文件 的数据。
第7章 设 备 管 理
4) 中断与DMA控制 大部分的设备都工作在中断方式下，它们具有中断控制的 逻辑，可以向中断控制器发送中断请求信号并接收中断控制器 发回的中断应答信号。启用了DMA方式的控制器还具有DMA控 制逻辑，可以向DMA控制器发送DMA请求和接收DMA应答。 5) 设备接口 设备接口是控制器与设备之间的接口。一个控制器可以连 接多台设备，每个接口连接一台设备。设备接口主要负责针对 具体设备的信号发送、数据和状态采集等操作。
第7章 设 备 管 理
2. I/O接口 出于通用性设计的考虑，计算机硬件结构都提供了一些标 准的设备接口，这些接口遵照统一的标准来设计，不同的设备 只要遵从同一标准即可通过该接口与系统连接。根据所接驳的 设备种类的不同，可以将I/O接口分为两类：一类是可连接各 种类型的设备的通用接口，如串口、并口、USB接口等都属于 通用I/O接口；另一类是为连接某类设备而设置的专用接口， 如IDE和SCSI接口都是块存储设备的专用接口。一个I/O接口 可以带多个同类型的设备。例如一个IDE接口可以带两个IDE 磁盘驱动器。
精品课件-Linux操作系统原理与应用(张玲)-第9章
第9章 Shell程序设计
2. 条件执行 “&&”是逻辑与执行符，它将两个或多个命令组合在一个 命令行中，指示Shell依次执行这些命令直到某个命令失败为 止。“||”是逻辑或执行符，它将两个或多个命令组合在一个 命令行中，指示Shell依次执行这些命令直到某个命令成功为 止。 例9.12 将文件file1复制到file2，如果成功则删除 file1： $ cp file1 file2 && rm file1 例9.13 将文件file1复制到file2，如果失败则显示 file1： $ cp file1 file2 || cat file1
第9章 Shell程序设计 5. 管道 “|”是管道符，它将前一命令的标准输出作为后一命令 的标准输入。“| tee”是T型管道符，它将前一命令的标准 输出存入一个文件中，并传递给后一命令作为标准输入。 例9.9 将一个目录下的文件列表按名逆序排序后浏览： $ ls /dev | sort -r | more 例9.10 将一个文件的内容排序后保存并统计其行数： $ sort mylist | tee sort-list | wc -l
符号 < > 2> &>
2>&1 1>&2
>> 2>> <<
| | tee
表 9-1 常用的输入/输出重定向与管道符
格式
含义
命令 < 文件
标准输入重定向
命令 > 文件
标准输出重定向
命令 2> 文件
标准错误输出重定向
命令 &> 文件
标准输出合并重定向
命令 2>&1 文件
Linux操作系统原理与应用教学课件ppt作者张玲第1-6章第6章
第6章 文 件 管 理
2) 文件的逻辑结构 文件的逻辑结构是文件系统的直接用户(也就是应用程 序)所看到的文件结构。文件的逻辑结构取决于文件系统接 口的设计，它决定了文件存取的方式。应用程序按逻辑结构 访问文件系统中的文件，并在此基础上构造出各种应用结构 呈现给应用程序的用户。也就是说，应用程序负责文件的格 式与逻辑结构之间的映射。 文件的逻辑结构有记录式文件和流式文件两种，具体介 绍见6.1.2小节。
第6章 文 件 管 理
3) 文件的物理结构 文件的物理结构又称为存储结构，是指文件在外存上的 存储组织形式。文件系统负责文件的逻辑结构与物理结构之 间的映射。 文件的物理结构分为连续文件、链接文件和索引文件3 种，具体介绍见6.1.3小节。 操作系统所关心的是文件的逻辑结构与物理结构。逻辑 结构是供文件系统的用户使用的，物理结构是文件系统内部 使用的。将逻辑结构与物理结构相区分，是为了向用户屏蔽 有关文件存储的细节，使用户可以只凭简单的逻辑结构来使 用文件。
第6章 文 件 管 理
5. 文件的结构 文件结构是文件内容的组织方式。从不同层面上看到的 文件结构有所不同。图6-1所示是文件在三个不同抽象层次 上的结构。
第6章 文 件 管 理 图6-1 文件的结构
第6章 文 件 管 理
第6章 文 件 管 理
1) 文件的格式 终端用户是通过应用程序来使用文件的，从他们的角度 看到的是文件的应用结构，也就是文件的格式。文件的格式 由处理文件的应用程序定义和使用，通常以后缀名相区分。 如“.doc”文件是由Word程序使用的格式，“.bmp”是图片处 理程序使用的格式。 根据文件格式的结构类型，文件大致可分为结构化文件 (如列表文件、数据库文件等)、半结构化文件(如Web文档、 图片、图像等)和无结构文件(如纯文本文件等)。
操作系统第6章-.ppt
第六章 文 件 管 理
6.1 文件和文件系统
6.2 文件的逻辑结构
6.3 外存分配方式
6.4 目录管理
6.5 文件存储空间的管理
6.6 文件共享与文件保护
6.7 数据一致性控制
6.1 文件和
基于文件系统的概念把数据的组成分为数据项、记录和文 件三级。 1. 数据项 (1) 基本数据项。是用于描述一个对象的某种属性的字符 集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数
操作速度。如果用户已不再需要对该文件实施相应的操作时， 可利用“关闭”(close)系统调用来关闭此文件，OS将会把该
文件在打开文件表中的表目删除掉。
3. 其它文件操作 一类是：有关对文件属性进行操作的。即允许用户直接
设置和获得文件的属性，如改变已存文件的文件名、改变文
件的拥有者(文件主)、改变对文件的访问权，以及查询文件 的状态 ( 包括文件类型、大小和拥有者以及对文件的访问权 等)； 另一类是：有关目录的。如创建一个目录，删除一个目
录，改变当前目录和工作目录等；
此外，还有用于实现文件共享的系统调用和用于对文件
系统进行操作的系统调用等。
6.2 文件的逻辑结构
对于任何一个文件，都存在着以下两种形式的结构：
（1）文件的逻辑结构 (File Logical Structure) (2) 文件的物理结构，又称为文件的存储结构，是指文 件在外存上的存储组织形式。
6.1.3 文件操作
1. 最基本的文件操作
(1) 创建文件
(2) 删除文件 (3) 读文件
(4) 写文件
(5) 截断文件：是将原有文件的长度设置为0，即放弃原有 文件的内容。 (6) 设置文件的读/写位置
2. 文件的“打开”和“关闭”操作 “ 打开”，指系统将指定文件的属性 ( 包括该文件在外存
6.1 文件和文件系统
6.2 文件的逻辑结构
6.3 外存分配方式
6.4 目录管理
6.5 文件存储空间的管理
6.6 文件共享与文件保护
6.7 数据一致性控制
6.1 文件和
基于文件系统的概念把数据的组成分为数据项、记录和文 件三级。 1. 数据项 (1) 基本数据项。是用于描述一个对象的某种属性的字符 集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数
操作速度。如果用户已不再需要对该文件实施相应的操作时， 可利用“关闭”(close)系统调用来关闭此文件，OS将会把该
文件在打开文件表中的表目删除掉。
3. 其它文件操作 一类是：有关对文件属性进行操作的。即允许用户直接
设置和获得文件的属性，如改变已存文件的文件名、改变文
件的拥有者(文件主)、改变对文件的访问权，以及查询文件 的状态 ( 包括文件类型、大小和拥有者以及对文件的访问权 等)； 另一类是：有关目录的。如创建一个目录，删除一个目
录，改变当前目录和工作目录等；
此外，还有用于实现文件共享的系统调用和用于对文件
系统进行操作的系统调用等。
6.2 文件的逻辑结构
对于任何一个文件，都存在着以下两种形式的结构：
（1）文件的逻辑结构 (File Logical Structure) (2) 文件的物理结构，又称为文件的存储结构，是指文 件在外存上的存储组织形式。
6.1.3 文件操作
1. 最基本的文件操作
(1) 创建文件
(2) 删除文件 (3) 读文件
(4) 写文件
(5) 截断文件：是将原有文件的长度设置为0，即放弃原有 文件的内容。 (6) 设置文件的读/写位置
2. 文件的“打开”和“关闭”操作 “ 打开”，指系统将指定文件的属性 ( 包括该文件在外存
精品课件-Linux操作系统原理与应用(张玲)-第5章
第5章 存 储 管 理
5.1.1 内存的分配与回收 内存分配是为进入系统准备运行的程序分配内存空间，内
存回收是当程序运行结束后回收其所占用的内存空间。为实现 此功能，系统须跟踪并记录所有内存空间的使用情况，按照一 定的算法为进程分配和回收内存空间。
存储分配方案主要包括以下要素： (1) 描述存储分配的数据结构：系统需采用某种数据结 构(表格、链表或队列等)来登记当前内存使用情况以及空闲区 的分布情况，供存储分配程序使用。在每次分配或回收操作后， 系统都要相应地修改这些数据结构以反映这次分配或回收的结 果。
第5章 存 储 管 理 地址变换的方式有两种： (1) 静态地址变换：程序在装入内存前一次性完成地址 转换。程序装入内存后即可直接执行。DOS系统中的程序就是 采用这种方式加载的。采用静态地址变换的程序在内存中始终 处于最初加载的位置，不可移动。
第5章 存 储 管 理
(2) 动态地址变换：程序在装入内存时不进行地址变换， 而是保持指令中的逻辑地址不变。在程序执行过程中，每执行 一条指令时，如果指令中用到了逻辑地址，地址变换机构就会 自动进行地址转换，将逻辑地址变换为实际地址。例如，当 CPU取到LDS R24, 0x0060指令时，先将0060这个逻辑地址变 换为绝对地址0460，然后再执行LDS R24, 0x0460指令。
第5章 存 储 管 理
1. 地址的概念 1) 符号地址 在用高级语言编写的源程序中，我们使用符号名(变量名、 函数名、语句标号等)来表示操作对象或控制的转移地址。比 如用变量名代表一个存储单元、用函数名代表函数的入口地址、 用语句标号代表跳转地址等。这些符号名的集合称为符号名空 间。因此，高级语言程序使用的地址空间是符号名空间，编程 者不需考虑程序代码和数据的具体存放地址。 例如，以下所示的是一个C源程序的片段：
精品课件-计算机操作系统原理-Linux-第6章
接存取设备。 (5) 按设备使用，设备分为物理设备、逻辑设备、伪设
备。
第６章 设 备 管 理
在此，根据设备的用途可以将其分成存储设备与输入/输 出设备两大类。
1．存储设备 存储设备即计算机的外存或辅助存储器，它的主要用途是 存储大量的信息，尽管它们的存储速度比内存低，但比内存的 容量大得多。例如：磁鼓、磁带、磁盘、光盘等。这类设备中 的数据是以物理块为单位组织与管理的(即存取信息的单位为 字符块)，故这类设备被称为块设备。
第６章 设 备 管 理
6.2.1 查询等待方式 查询等待方式又称循环测试方式、查询方式。它是早期计
算机和现代简单计算机中采用的方式。在这种方式中，设备中 设置有一个状态触发器(busy)，由设备本身改变其值，用于 表示设备的忙闲状态。若设备正在进行数据的处理，I/O操作 尚未结束，则把触发器置1，表示设备忙，这时不能进行数据 传送的操作。反之，若busy为0，则表示目前该设备可以进行 数据传送的操作。在系统中设置一条查询指令，程序使用这条 指令反复查询busy的值来测试设备的忙闲状态，当设备闲时， 则启动它进行一次I/O操作。
第６章 设 备 管 理
4．输入/输出缓存的管理 为了缓解设备与处理机在运行速度上不匹配的问题，提高 它们之间的并行工作能力，需要使用缓冲技术，在设备与处理 机之间建立输入/输出缓冲区。设备管理负责对缓冲的分配与 回收。
第６章 设 备 管 理
6.2 I/O控制方式 使用设备完成输入/输出(I/O)的过程，就是主机与外部 设备之间数据传送的过程。设备管理的主要任务之一是控制设 备与内存或CPU之间的数据传送。本节介绍几种常用的数据传 送控制方式。
第６章 设 备 管 理
2．进行设备分配 在多道程序系统中，一般的情况下，请求使用某种设备的 进程数大于设备数。这时就要根据一定的策略或算法合理地把 设备分配给请求进程。待进程使用完设备后，实施设备的回收， 以便分配给其他进程使用。若进程未能得到所需设备，就进入 相应设备的等待队列排队。完成这部分功能的程序称为设备分 配程序。
备。
第６章 设 备 管 理
在此，根据设备的用途可以将其分成存储设备与输入/输 出设备两大类。
1．存储设备 存储设备即计算机的外存或辅助存储器，它的主要用途是 存储大量的信息，尽管它们的存储速度比内存低，但比内存的 容量大得多。例如：磁鼓、磁带、磁盘、光盘等。这类设备中 的数据是以物理块为单位组织与管理的(即存取信息的单位为 字符块)，故这类设备被称为块设备。
第６章 设 备 管 理
6.2.1 查询等待方式 查询等待方式又称循环测试方式、查询方式。它是早期计
算机和现代简单计算机中采用的方式。在这种方式中，设备中 设置有一个状态触发器(busy)，由设备本身改变其值，用于 表示设备的忙闲状态。若设备正在进行数据的处理，I/O操作 尚未结束，则把触发器置1，表示设备忙，这时不能进行数据 传送的操作。反之，若busy为0，则表示目前该设备可以进行 数据传送的操作。在系统中设置一条查询指令，程序使用这条 指令反复查询busy的值来测试设备的忙闲状态，当设备闲时， 则启动它进行一次I/O操作。
第６章 设 备 管 理
4．输入/输出缓存的管理 为了缓解设备与处理机在运行速度上不匹配的问题，提高 它们之间的并行工作能力，需要使用缓冲技术，在设备与处理 机之间建立输入/输出缓冲区。设备管理负责对缓冲的分配与 回收。
第６章 设 备 管 理
6.2 I/O控制方式 使用设备完成输入/输出(I/O)的过程，就是主机与外部 设备之间数据传送的过程。设备管理的主要任务之一是控制设 备与内存或CPU之间的数据传送。本节介绍几种常用的数据传 送控制方式。
第６章 设 备 管 理
2．进行设备分配 在多道程序系统中，一般的情况下，请求使用某种设备的 进程数大于设备数。这时就要根据一定的策略或算法合理地把 设备分配给请求进程。待进程使用完设备后，实施设备的回收， 以便分配给其他进程使用。若进程未能得到所需设备，就进入 相应设备的等待队列排队。完成这部分功能的程序称为设备分 配程序。
操作系统原理 第5和6章课件
●主要内容⏹死锁的概念⏹死锁的起因、必要条件和解决策略⏹进程调度⏹典型调度算法●重点⏹死锁的必要条件⏹静态资源分配法⏹有序资源分配法⏹典型调度算法死锁概念死锁概念●死锁的定义⏹两个或多个进程无限期地等待永远不会发生的条件的一种系统状态。
【结果：每个进程都永远阻塞】每个哲学家都在无限期的等待邻座放下筷子！而邻座没有吃完之前永远不会放下筷子！●死锁的另一个定义⏹在两个或多个进程中，每个进程都持有某种资源，但又继续申请其它进程已持有的某种资源。
此时每个进程都拥有其运行所需的一部分资源，但是又都不够，从而每个进程都不能向前推进，陷于阻塞状态。
这种状态称死锁。
●死锁的起因⏹系统资源有限◆资源数目不足以满足所有进程的需要，引起进程对资源的竞争而产生死锁。
⏹并发进程的推进顺序不当◆进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，导致进程产生死锁。
并发进程的推进顺序不当能引起死锁●i 和j 是独占性的共享变量（属临界资源，但不考虑临界区的概念）。
⏹i 或j 在进程中没有被访问（即使用）完之前不能被其它进程访问。
⏹i j 代表真实世界中的一切独占性资源：打印机扫描仪1.……2.i = 100 ;3.……4.i = j + 5;5.……6.j = 200 ;7.……8.……进程A 1.……2.……3.j = 200 ;4.……5.j = i + 4;6.……7.i = 100 ;8.……进程B●关于死锁的一些结论⏹参与死锁的进程至少是2个◆两个以上进程才会出现死锁⏹参与死锁的进程至少有2个已经占有资源⏹参与死锁的所有进程都在等待资源⏹参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集☐死锁会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃●死锁的必要条件⏹互斥条件◆资源具有独占性，每次只能被一个进程所使用。
⏹不剥夺条件◆资源使用完之前，不能被其他进程剥夺。
⏹部分分配条件◆进程运行中除占有已有资源外，还会申请新的资源。
⏹环路条件◆存在进程环路，环中每个进程已有的资源被环中前一进程申请，而自己所需资源又被环中后一进程所占有。
精品课件-Linux原理与结构-第6章
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伙伴内存管理器是物理内存的真正管理者，是物理内存管 理的基础。伙伴内存管理器以页块(若干个连续的物理页)为单 位分配、释放、回收物理内存，虽比较粗放，但极为快速、高 效，且不会产生外部碎片。
对象内存管理器建立在伙伴内存管理器之上，是一种细粒 度的物理内存管理器。对象内存管理器将来自伙伴内存管理器 的内存页块划分成小内存对象，以满足内核对小内存的需求， 并负责将回收到的小内存对象组合成内存页块后还给伙伴内存 管理器。
第六章 物理内存管理
➢6.1 ➢6.2 ➢6.3 ➢6.4
内存管理系统组成结构 伙伴内存管理 被时钟管理部分管理 的时间之外，另一个重要的基石就是空间。对空间的管理是操 作系统的另一项核心工作。
操作系统所管理的空间可大致分为内存空间和外存空间， 其中内存空间可被处理器直接访问的，是最基础的空间。内存 空间是计算机系统中的重要资源，操作系统中的进程运行在内 存空间中，操作系统本身也运行在内存空间中，离开了内存空 间，计算机系统将无法运行。另一方面，内存空间又是计算机 系统中的紧缺资源，操作系统及其管理的所有进程共享同一块 物理内存空间，其容量似乎永远都无法满足进程对它的需求。 因而有必要对内存空间实施严格的、精细的管理。
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事实上，一个NUMA系统由多个节点组成，每个节点都有自己的 处理器和物理内存，处理器对节点内部内存的访问速度较快， 对其它节点的内存访问速度较慢。UMA是NUMA的特例，只有一个 节点的NUMA就是UMA。
计算机系统中的物理内存被统一编址，其中的每个字节都 有一个物理地址，只有通过物理地址才能访问到物理内存单元。 在一个计算机系统中，可以使用的所有物理地址的集合称为物 理地址空间。物理地址空间的大小取决于地址线的位数。
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内存管理的工作艰巨而繁琐，可大致分成两大部分：物理 内存管理部分管理系统中的物理内存空间，负责物理内存的分 配、释放、回收等；虚拟内存管理部分管理进程的虚拟内存空 间，负责虚拟内存的创建、撤销、换入、换出及虚拟地址到物 理地址的转换等。物理内存管理的主要任务是快速、合理、高 效地分配与回收物理内存资源以尽力提高其利用率；虚拟内存 管理的主要任务是为进程模拟出尽可能大的内存空间并实现它 们间的隔离与保护。在操作系统长期的发展过程中，内存管理 部分由简到繁，不断演变，正逐步走向成熟。
伙伴内存管理器是物理内存的真正管理者，是物理内存管 理的基础。伙伴内存管理器以页块(若干个连续的物理页)为单 位分配、释放、回收物理内存，虽比较粗放，但极为快速、高 效，且不会产生外部碎片。
对象内存管理器建立在伙伴内存管理器之上，是一种细粒 度的物理内存管理器。对象内存管理器将来自伙伴内存管理器 的内存页块划分成小内存对象，以满足内核对小内存的需求， 并负责将回收到的小内存对象组合成内存页块后还给伙伴内存 管理器。
第六章 物理内存管理
➢6.1 ➢6.2 ➢6.3 ➢6.4
内存管理系统组成结构 伙伴内存管理 被时钟管理部分管理 的时间之外，另一个重要的基石就是空间。对空间的管理是操 作系统的另一项核心工作。
操作系统所管理的空间可大致分为内存空间和外存空间， 其中内存空间可被处理器直接访问的，是最基础的空间。内存 空间是计算机系统中的重要资源，操作系统中的进程运行在内 存空间中，操作系统本身也运行在内存空间中，离开了内存空 间，计算机系统将无法运行。另一方面，内存空间又是计算机 系统中的紧缺资源，操作系统及其管理的所有进程共享同一块 物理内存空间，其容量似乎永远都无法满足进程对它的需求。 因而有必要对内存空间实施严格的、精细的管理。
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事实上，一个NUMA系统由多个节点组成，每个节点都有自己的 处理器和物理内存，处理器对节点内部内存的访问速度较快， 对其它节点的内存访问速度较慢。UMA是NUMA的特例，只有一个 节点的NUMA就是UMA。
计算机系统中的物理内存被统一编址，其中的每个字节都 有一个物理地址，只有通过物理地址才能访问到物理内存单元。 在一个计算机系统中，可以使用的所有物理地址的集合称为物 理地址空间。物理地址空间的大小取决于地址线的位数。
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内存管理的工作艰巨而繁琐，可大致分成两大部分：物理 内存管理部分管理系统中的物理内存空间，负责物理内存的分 配、释放、回收等；虚拟内存管理部分管理进程的虚拟内存空 间，负责虚拟内存的创建、撤销、换入、换出及虚拟地址到物 理地址的转换等。物理内存管理的主要任务是快速、合理、高 效地分配与回收物理内存资源以尽力提高其利用率；虚拟内存 管理的主要任务是为进程模拟出尽可能大的内存空间并实现它 们间的隔离与保护。在操作系统长期的发展过程中，内存管理 部分由简到繁，不断演变，正逐步走向成熟。