第十六章軟件工程概述-welcometonginx!

1、第11章文件管理,,本章基本內(nèi)容與要求,基本內(nèi)容基本概念與術(shù)語文件的結(jié)構(gòu)文件目錄文件存儲(chǔ)空間的管理文件的共享文件的存取控制,本章基本內(nèi)容與要求,要求掌握基本概念與術(shù)語掌握文件的結(jié)構(gòu)、文件目錄、文件存儲(chǔ)空間的管理了解文件的共享、文件的存取控制,11.1 基本概念與術(shù)語,,1.文件與文件系統(tǒng)的概念文件具有標(biāo)識(shí)符（文件名）的一組相關(guān)信息的集合。包括兩部分：文件體，即文件本身的信息；文件屬性，即文件存儲(chǔ)和管理信息，如文

2、件名、文件內(nèi)部標(biāo)識(shí)、文件存儲(chǔ)地址、訪問權(quán)限和訪問時(shí)間等文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)存取和管理文件信息的機(jī)構(gòu)。由管理文件所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如文件控制塊，存儲(chǔ)分配表等）和相應(yīng)的管理軟件以及訪問文件的一組操作組成。,11.1基本概念與術(shù)語,,2.文件分類從操作系統(tǒng)的角度講，文件按組織形式可分為普通文件、目錄文件、特殊文件另外按照文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為有結(jié)構(gòu)文件（記錄式文件）和無結(jié)構(gòu)文件（流式文件）；按照文件的存取控制屬性分為可執(zhí)行文件、只讀文

3、件和讀寫文件；按文件的物理結(jié)構(gòu)分為順序（連續(xù)）文件、鏈接文件和索引文件。,11.1基本概念與術(shù)語,,3.文件存取控制方法與存儲(chǔ)設(shè)備 用戶通過對(duì)文件的存取來完成對(duì)文件的修改、追加和搜索等操作。常用的存取方法有三種： 順序存取法，隨機(jī)存取法(直接存取法)和按鍵存取法。 常用的存儲(chǔ)設(shè)備有磁盤、光盤、磁帶等。其中磁盤又可分為硬盤和軟盤。由于存儲(chǔ)設(shè)備的特性決定了文件的存取設(shè)備和方法,11.2 文件的結(jié)構(gòu),文件的邏輯結(jié)構(gòu)文件的物理結(jié)構(gòu),1

4、.文件的邏輯結(jié)構(gòu),文件的邏輯結(jié)構(gòu)是用戶可見結(jié)構(gòu)。按文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為有結(jié)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件。有結(jié)構(gòu)文件是指由若干個(gè)相關(guān)的記錄構(gòu)成的文件，又稱記錄式文件。這種文件又分為定長記錄文件和變長記錄文件。變長記錄文件包括順序文件、索引文件和索引順序文件。 無結(jié)構(gòu)文件又稱流式文件，組成流式文件的基本信息單位是字節(jié)或字，其長度是文件中所含字節(jié)的數(shù)目，如大量的源程序，庫函數(shù)等采用的就是流式結(jié)構(gòu)。文件長度以字節(jié)為單位。對(duì)流式文件的訪問，是采用讀寫指

5、針來指出下一個(gè)要訪問的字符?？梢园蚜魇轿募醋魇怯涗浭轿募囊粋€(gè)特例。UNIX、Windows中，所有的文件都被看作是流式文件。,2.文件的物理結(jié)構(gòu),文件的物理結(jié)構(gòu)，又稱為文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，是指文件在外存上的存儲(chǔ)組織形式。事實(shí)上，由于文件的物理結(jié)構(gòu)決定了文件信息在存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)位置，因此，文件信息的邏輯塊號(hào)(邏輯地址) 到物理塊號(hào)(物理地址) 的變換也是由文件的物理結(jié)構(gòu)決定的。常用的文件物理結(jié)構(gòu)有連續(xù)分配、鏈接分配與索引分配。,2.

6、1連續(xù)分配,連續(xù)分配是一種最簡單的物理文件結(jié)構(gòu)。它把一個(gè)在邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放到物理塊中，為每個(gè)文件分配一組相鄰的盤塊。連續(xù)分配的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，支持順序存取和隨機(jī)存取，順序存取速度快，另外所需的磁盤尋道次數(shù)和尋道時(shí)間最少。連續(xù)分配的缺點(diǎn)是文件不能動(dòng)態(tài)增長，文件存取要求有連續(xù)的存儲(chǔ)空間，必須事先知道文件的長度，要預(yù)留空間，預(yù)留過大則造成空間浪費(fèi)；不利于文件插入和刪除；會(huì)產(chǎn)生外部碎片問題，解決要采用存儲(chǔ)壓縮技術(shù)。,2.1連續(xù)分

7、配,,,2.2 鏈接分配,鏈接分配是將文件存儲(chǔ)在離散的盤塊中，離散的盤塊之間通過指針鏈接。將同屬于一個(gè)文件的多個(gè)離散的盤塊鏈接成一個(gè)鏈表，由此所形成的物理文件稱為鏈接文件。鏈接文件盤塊動(dòng)態(tài)分配，無外碎片。,,2.2 鏈接分配,顯式鏈接文件目錄和FAT表,,,2.3索引分配,一個(gè)文件的信息存放在若干不連續(xù)物理塊中，系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一個(gè)專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——索引表，并將這些塊的塊號(hào)存放在一個(gè)索引表中。索引分配通過為每個(gè)文件分配一個(gè)索引塊，存放索

8、引表，記錄文件的盤塊號(hào)，文件目錄項(xiàng)中保存索引塊的盤塊號(hào)。,,,,,2.3索引分配,索引分配保持了鏈接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),又克服了其缺點(diǎn)；即能順序存取又能隨機(jī)存?。煌瑫r(shí)滿足了文件動(dòng)態(tài)增長、插入刪除的要求。索引分配的缺點(diǎn)是需較多的尋道次數(shù)和尋道時(shí)間，此外索引塊本身帶來了系統(tǒng)開銷。,,,,,11.3 文件目錄,文件控制塊(FCB)文件的目錄結(jié)構(gòu),1.文件控制塊(FCB),一個(gè)文件包括兩部分：文件說明和文件體，文件體指文件本身的信息，文件說明有時(shí)也

9、叫文件控制塊(FCB)。文件控制塊的有序集合即為文件目錄，每一個(gè)文件控制塊就是一個(gè)文件目錄項(xiàng)。文件目錄是一種文件，稱為目錄文件。文件系統(tǒng)利用目錄文件完成按名存取和對(duì)文件信息的共享與保護(hù)。 FCB中包括基本信息類、存取控制信息類和使用信息類。其中基本信息類中包含文件名、文件內(nèi)部標(biāo)識(shí)、文件物理位置、文件邏輯結(jié)構(gòu)和文件的物理結(jié)構(gòu)等信息。,2.文件的目錄結(jié)構(gòu),文件的目錄結(jié)構(gòu)關(guān)系到文件系統(tǒng)的存取速度、文件的共享性、文件的安全性。文件目錄可分為

10、單級(jí)目錄、二級(jí)目錄和多級(jí)目錄。(1) 單級(jí)目錄單級(jí)目錄是一種最簡單、最原始的目錄結(jié)構(gòu)。整個(gè)目錄組織是一個(gè)線性結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的所有文件都建立在一張目錄表中。每個(gè)文件的信息占用一個(gè)目錄項(xiàng)。優(yōu)點(diǎn)：簡單，易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了“按名存取”。缺點(diǎn)：在文件較多時(shí)，查找速度慢、不允許重名和不便于實(shí)現(xiàn)文件共享（即別名問題，一個(gè)文件有多個(gè)不同的文件名）。,,,,2.文件的目錄結(jié)構(gòu),(2) 二級(jí)目錄各個(gè)文件的說明信息被組織成目錄文件，且以用戶為單位把各自

11、的文件說明劃分為不同的組。然后，把這些不同的組名和有關(guān)存取控制信息存放在主目錄(MFD)目錄項(xiàng)中。與主目錄 MFD相對(duì)應(yīng)，用戶文件的文件說明所組成的目錄文件被稱為用戶文件目錄(UFD)。,,,,2.文件的目錄結(jié)構(gòu),(3) 多級(jí)目錄（樹型目錄）多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)由根目錄和各級(jí)目錄組成，為管理上的方便，除根目錄外，其它各級(jí)目錄均以文件的形式組成目錄文件。根目錄中的每個(gè)目錄項(xiàng)可以對(duì)應(yīng)一個(gè)目錄文件，也可以對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)文件，同樣目錄文件中的每個(gè)目

12、錄項(xiàng)可以對(duì)應(yīng)一個(gè)目錄文件，也可以對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)文件。如此類推，就形成多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)。,,,,(3) 多級(jí)目錄（樹型目錄）,,,,(3) 多級(jí)目錄（樹型目錄）,路徑名：從樹的根(即主目錄)開始， 把全部目錄文件名與數(shù)據(jù)文件名，依次地用“/”連接起來， 即構(gòu)成該數(shù)據(jù)文件的路徑名(path name)。相對(duì)路徑(relative path name)：把從當(dāng)前目錄開始直到數(shù)據(jù)文件為止所構(gòu)成的路徑名絕對(duì)路徑(absolute path name

13、)：從樹根開始的路徑名。優(yōu)點(diǎn)：層次清晰，便于管理和保護(hù)；便于文件共享；有利于文件分類；解決了重命名問題；引入當(dāng)前路徑或索引接點(diǎn)，提高了檢索速度；并能夠進(jìn)行存取權(quán)限的限制。,,,,11.4 文件存儲(chǔ)空間管理,空閑表法空閑鏈表法成組鏈接法,1.空閑表法,,,,為所有空閑區(qū)（含多個(gè)空閑盤塊）建立一張空閑表，每個(gè)空閑區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)空閑表項(xiàng)，包括表項(xiàng)序號(hào)、空閑區(qū)第一個(gè)盤塊號(hào)、空閑區(qū)長度（塊數(shù)）,2.空閑鏈表法,,,,就是把空閑盤塊或空閑盤區(qū)用鏈

14、表方式組織在一起，該方法可分為空閑盤塊鏈表法和空閑盤區(qū)鏈法?？臻e盤塊鏈法 以盤塊為單位拉成一條鏈。當(dāng)用戶創(chuàng)建文件請求申請空間時(shí)，系統(tǒng)從鏈?zhǔn)组_始，依次摘下適當(dāng)數(shù)目的空閑盤塊分配給用戶；當(dāng)用戶刪除文件釋放空間時(shí)，系統(tǒng)把回收的盤塊插入鏈尾?？臻e盤區(qū)鏈法 以盤區(qū)（每個(gè)盤區(qū)包含若干個(gè)盤塊）為單位拉成一條鏈。分配盤區(qū)的方法與動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配類似，采用FF或者BF等策略；回收的時(shí)候也要考慮分區(qū)的合并。,3.成組鏈接法,,,,可看作空閑塊鏈接法

15、的擴(kuò)展，UNIX系統(tǒng)采用該方法。 將文件區(qū)中的所有盤塊等分成若干組（假定每組含m塊），把每一組含有的盤塊總數(shù)和該組所有的盤塊號(hào)記入前一組的第一個(gè)盤塊，這樣所有空閑塊就通過每組的第一個(gè)盤塊鏈接起來；最末一組只有m-1個(gè)盤塊，因此倒數(shù)第二組所記錄的下一組盤塊數(shù)為m-1，同時(shí)用于記錄第m個(gè)塊的位置的號(hào)數(shù)設(shè)置NIL，表示空閑盤塊鏈的結(jié)束。 設(shè)置一個(gè)堆棧（一般在內(nèi)存中），即空閑盤塊號(hào)棧S（臨界資源），用于存放當(dāng)前可用的一組（第一組）空閑盤

16、塊的盤塊號(hào)以及棧中尚有的空閑盤塊號(hào)數(shù)N；將第一組的盤塊總數(shù)和所有盤塊號(hào)記入空閑盤塊號(hào)棧，作為當(dāng)前可供分配的空閑盤塊號(hào),,,3.成組鏈接法,,,,,,11.5 文件的共享,常用的共享方式有基于索引節(jié)點(diǎn)的共享方式和利用符號(hào)鏈接實(shí)現(xiàn)的共享方式。基于索引節(jié)點(diǎn)的共享方式是將索引節(jié)點(diǎn)與文件目錄分開，通過不同的目錄指向同一索引節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)共享。文件的刪除需要看文件的鏈接數(shù)?？梢酝ㄟ^多個(gè)文件名，鏈接到同一個(gè)索引接點(diǎn)上，故可以建立同一個(gè)文件的多個(gè)彼此平等的

17、別名。當(dāng)文件主刪除文件時(shí)，只能等到鏈接計(jì)數(shù)count=0時(shí)，才能真正刪除該文件?；诜?hào)鏈接的共享方式是在利用符號(hào)鏈方式實(shí)現(xiàn)文件共享時(shí)，只是文件主才擁有指向其索引結(jié)點(diǎn)的指針；而共享該文件的其他用戶，則只有該文件的路徑名，并不擁有指向其索引結(jié)點(diǎn)的指針。,11.6 文件的存取控制,文件的存取控制有多種實(shí)現(xiàn)方式，下面介紹3種，分別為按用戶分類的存取控制權(quán)限、存取控制矩陣和口令方式。Unix使用按用戶分類的存取控制權(quán)限，即在文件存取控制上把

18、用戶分為創(chuàng)建者（owner）、同組用戶(group)和一般用戶(public)三種。權(quán)限有可讀（R）、可寫（W）和可執(zhí)行（X）三種。使用Unix命令chmod可設(shè)置某文件的權(quán)限,11.6 文件的存取控制,存取控制矩陣方式以一個(gè)二維矩陣來進(jìn)行存取控制。二維矩陣的一維是所有的用戶，另一維是所有的文件。對(duì)應(yīng)的矩陣元素則是用戶對(duì)文件的存取控制權(quán)，包括讀Ｒ，寫Ｗ和執(zhí)行X。,11.6 文件的存取控制,口令方式有兩種：當(dāng)用戶進(jìn)入系統(tǒng)，為建立終端進(jìn)程