五文件管理

author: spongehah from:hut
作者个人博客：https://blog.hahhome.top/
参考视频: B站王道考研计算机操作系统

[TOC]

1 初识文件管理

计算机中存放了各种各样的文件，一个文件有哪些属性？
文件内部的数据应该怎样组织起来？
文件之间又应该又应该怎么组织起来？
从下往上看，OS应提供哪些功能，才能方便用户、应用程序使用文件？
从上往下看，文件数据应该怎么存放在外存（磁盘）上？

1.1 文件的定义和属性

文件的定义：一组有意义的信息的集合

一个文件有哪些属性？

文件名：由创建文件的用户决定文件名，主要是为了方便用户找到文件，同一目录下不允许有重名文件。
标识符：一个系统内的各文件标识符唯一，对用户来说毫无可读性，因此标识符只是操作系统用于区分各个文件的一种内部名称。
类型：指明文件的类型
位置：文件存放的路径（让用户使用)、在外存中的地址（操作系统使用，对用户不可见)
大小：指明文件大小
创建时间、上次修改时间
文件所有者信息
保护信息：对文件进行保护的访问控制信息

1.2 操作系统应提供的功能

2 文件的逻辑结构

分为：
无结构文件
有结构文件
主要讨论有结构文件的逻辑结构

2.1 顺序文件

顺序文件：
两种存储方式：
顺序存储（数组）、物理位置相邻
链式存储（链表）、物理位置不一定相邻
两种记录顺序：
顺序结构：按照关键字的顺序存储（对关键字进行有序排列）
串结构：通常按照存入时间排序

假设：已经知道了文件的起始地址（也就是第一个记录存放的位置）
思考1：能否快速找到第ⅰ个记录对应的地址？（即能否实现随机存取）
思考2：能否快速找到某个关键字对应的记录存放的位置？

只有 顺序存储 的 定长记录 的 顺序结构，才能实现随机存取和快速定位关键字记录
那么可变长记录怎么办？那就看索引文件的了

2.2 索引文件

建立 索引表，索引表本身是定长记录的顺序文件，所以支持随机存取
若索引表按关键字顺序排列，则可支持快速检索关键字

2.3 (多级)索引顺序文件

总结

3 文件目录

3.1 文件控制块FCB

目录也是一种特殊的文件：
需要对目录进行哪些操作？
搜索：当用户要使用一个文件时，系统要根据文件名搜索目录，找到该文件对应的目录项
创建文件：创建一个新文件时，需要在其所属的目录中增加一个目录项
删除文件：当删除一个文件时，需要在目录中删除相应的目录项
显示目录：用户可以请求显示目录的内容，如显示该目录中的所有文件及相应属性
修改目录：某些文件属性保存在目录中，因此这些属性变化时需要修改相应的目录项（如：文件重命名)

3.2 目录结构

树形目录结构可以很方便地对文件进行分类，层次结构清晰，也能够更有效地进行文件的管理和保护。但是，树形结构不便于实现文件的共享。为此，提出了“无环图目录结构”。

3.3 索引结点（FCB的改进）

当找到文件名对应的目录项时，才需要将索引结点调入内存，索引结点中记录了文件的各种信息，包括文件在外存中的存放位置，根据“存放位置”即可找到文件。
存放在外存中的索引结点称为“磁盘索引结点”，当索引结点放入内存后称为“内存索引结点”相比之下内存索引结点中需要增加一些信息，比如：文件是否被修改、此时有几个进程正在访问该文件等。

总结

4 文件分配方式(文件的物理结构)

需要将 文件块的逻辑地址映射为外存的物理地址

4.1 连续分配

连续分配方式要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块
即文件的逻辑结构中顺序文件的顺序存储(一个文件占用的块物理位置相邻)
优点：
1、可以直接算出逻辑块号对应的物理块号，因此连续分配支持顺序访问和直接访问（即随机访问）
2、读取某个磁盘块时，需要移动磁头。访问的两个磁盘块相隔越远，移动磁头所需时间就越长。结论：连续分配的文件在顺序读/写时速度最快
缺点：
1、若此时文件A要拓展，需要再增加一个磁盘块（总共需要连续的4个磁盘块)。由于采用连续结构，因此文件A占用的磁盘块必须是连续的，因此只能将文件A全部“迁移”到绿色区域。结论：物理上采用连续分配的文件不方便拓展。
2、物理上采用连续分配，存储空间利用率低，会产生难以利用的磁盘碎片。可以用紧凑来处理碎片，但是需要耗费很大的时间代价

4.2 链接分配

4.2.1 隐式链接(默认)

即文件的逻辑结构中顺序文件的链式存储(一个文件占用的块物理位置不一定相邻)
缺点：
1、只支持顺序访问，不支持随机访问
2、随机IO指针寻址花费时间，查找效率低
3、花费额外空间存储指针
优点：
1、链接分配方式，很方便文件拓展
2、不会有碎片问题，外存利用率高