1 文件管理

1.1 初识文件管理

1.文件属性

2.文件数据组织

3.向上功能

1.2 文件逻辑结构

1.无结构文件

2.有结构文件

3.顺序文件

4.索引文件

5.索引顺序文件

1.3 文件目录

1.文件控制块

2.目录结构

3.索引结点

1.4 文件物理结构

1.连续分配

2.链接分配

3.索引分配

1.5 文件存储空间管理

1.存储空间的划分与初始化

2.空闲表法

3.空闲链表法

4.位示图法

5.成组链接法

1.6 文件基本操作

1.创建文件

2.删除文件

3.读文件

4.写文件

5.打开文件

6.关闭文件

1.7 文件共享

1.基于索引结点的共享方式

2.基于符号链的共享方式

1.8 文件保护

1.口令保护

2.加密保护

3.访问控制

1.9 文件系统的层次结构

2 磁盘

2.1 磁盘结构

1.组成

2.读写数据

3.磁盘物理地址

4.磁盘分类

2.2 磁盘调度算法

1.磁盘操作时间

2.磁盘调度算法

2.3 减少磁盘延迟时间方法

1.延迟时间问题

2.交替编号

3.磁盘地址结构设计

4.错位命名

2.4 磁盘的管理

1.磁盘初始化

2.引导块

3.坏块处理

1 文件管理

1.1 初识文件管理

1.文件属性

文件名：方便用户找到文件，同一目录下不能有重名文件。

标识符：区分各个文件的一种内部名称

类型：指明文件类型

位置：文件存放路径（用户使用）、在外存中的地址（操作系统使用）

大小、创建时间、保护信息等

2.文件数据组织

无结构文件：由一些二进制或字符流组成，又称流式文件

有结构文件：由一组相似的记录组成，又称记录式文件

3.向上功能

创建文件：create系统调用

读文件：read系统调用

写文件：write系统调用

删除文件：delete系统调用

打开文件：open系统调用

关闭文件：close系统调用

1.2 文件逻辑结构

1.无结构文件

由一些二进制或字符流组成，又称流式文件

2.有结构文件

由一组相似的记录组成，又称记录式文件，每条记录由若干个数据项组成。每条记录中又一个数据项作为关键字。根据各条记录的长度是否相等，可分为定长记录和可变长记录两种。

3.顺序文件

文件中的记录一个接一个地顺序排列（逻辑上），记录可以是定长的或可变长的。各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。

顺序文件的缺点是增删一个记录较为困难

4.索引文件

为了在可变长记录文件中快速找到第i个记录，建立一张索引表，每条记录对应一个索引项。索引表本身是定长记录的顺序文件

5.索引顺序文件

索引顺序文件是索引文件和顺序文件思想的结合。索引顺序文件中，同样会为文件建立一张索引表，但不同的是：并不是每个记录对应一个索引表项，而是一组记录对应一个索引表项。为了进一步提高检索效率，可以为顺序文件建立多级索引表。

1.3 文件目录

1.文件控制块

目录文件中的一条记录就是一个文件控制块（FCB）

2.目录结构

·单级目录：系统中只建立一张目录表，每个文件占一个目录项。但不允许文件重名。

·两级目录结构：包括主文件目录和用户文件目录。允许不同用户的文件重名。

·多级目录结构：又称树形目录结构。当用户从根目录开始访问某个文件时使用绝对路径；当用户从当前目录出发访问时使用相对路径。但多级目录结构不便于文件的共享

·无环图目录结构：可以用不同的文件名指向同一个文件，需要为每个共享结点设置共享计数器，用于记录此时有多少共享，当进行删除操作时，FCB被删除，共享计数器减一，只有当共享计数器为0时，结点被删除

3.索引结点

将除文件名外的所有信息都存入索引结点中，可以提升文件检索速度。

1.4 文件物理结构

在外存管理中，为方便对文件数据的管理，文件的逻辑地址空间被划分为文件块。将文件的逻辑地址转换为物理地址即文件分配方式，包括连续分配、链接分配及索引分配。

1.连续分配

每个文件在磁盘上占有一组连续的块。操作系统只需转换逻辑块号为物理块号，块内地址保持不变（物理块号 = 起始块号 + 逻辑块号）。连续分配支持顺序访问和直接访问，其在顺序读写时速度最快。

但该分配方式不便于拓展，且存储空间利用率低，会产生磁盘碎片。

2.链接分配

采用离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。分为隐式链接和显式链接。

·隐式链接

只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率较低。但便于拓展文件，不会有磁盘碎片问题。

·显式链接

将用于链接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中，即文件分配表（FAT）。一个磁盘仅设置一个FAT。从目录项找到起始块号，若i>0，则查询内存中的文件分配表，往后找到i号逻辑块对应的物理块号。逻辑块号转换成物理块号的过程不需要读磁盘操作。因此访问速度较快，但FAT需要占用一定内存空间。

3.索引分配

索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中，系统会为每个文件建立一张索引表，索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块（索引表的功能类似于内存管理中的页表――建立逻辑页面到物理页之间的映射关系）。索引表存放的磁盘块称为索引块。文件数据存放的磁盘块称为数据块。
从目录项中可知索开画放位置，将索引表从外存读入内存，并查找索引表即可只i号逻辑块在外存中的存放位置。

索引分配支持随机访问，文件拓展较方便，但索引表需要占据一定空间

若文件大小超过了磁盘块大小，其解决方式如下：

·链接方案

若索引表过大，将多个索引块链接存放。

·多层索引

建立多层索引（原理类似于多级页表)。使第一层索引块指向第二层的索引块。还可根据文件大小的要求再建立第三层、第四层索引块。各层索引表大小不能超过一个磁盘块。

采用n层索引结构，且顶级索引表未调入内存，则访问弄一个数据块需要K+1次读磁盘操作。

计算：若磁盘块大小为x，一个索引表项占y，则一个磁盘块能存放 z = x / y 个索引项。若采用n层索引，则该文件最大长度可以为z^n * x

·混合索引

多种索引分配方式的结合。例如，一个文件的顶级索引表中，既包含直接地址索引（直接指向数据块），又包含一级间接索引（指向单层索引表)、还包含两级间接索引（指向两层索引表)。