作業系統複習（十六）——檔案管理

檔案和檔案系統

檔案屬性包括：檔案類型，檔案長度，檔案的實體位置與建立時間。

資料項有基本資料項與組合資料項。

記錄是一組相關資料項的集合，用于描述一個對象在某方面的屬性。

檔案名與擴充名，檔案名是檔案的名稱，擴充名又稱字尾名，用于訓示檔案的類型。

檔案類型按不同方式分類：

1. 按用途：系統檔案，使用者檔案，庫檔案。
2. 按檔案中資料形式：源檔案，目标檔案，可執行檔案。
3. 按存取控制屬性：隻執行檔案，隻讀檔案，讀寫檔案。
4. 按組織形式和處理方式：普通檔案，目錄檔案，特殊檔案。

檔案系統分層（一般把與檔案相關的軟體分為四個層次）：

1. I/O控制層
2. 基本檔案系統層
3. 基本I/O管理程式
4. 邏輯檔案系統

檔案系統接口包含指令接口與程式接口。

檔案操作有：建立、删除、讀、寫、設定檔案的讀寫位置、打開、關閉等操作。

檔案的邏輯結構

按檔案組織方式：順序檔案，索引檔案，索引順序檔案，還有直接檔案與哈希檔案。

順序結構：

• 優點：對檔案中的記錄進行批量存取使，所有的邏輯檔案中順序檔案的存取效率是最高的。
• 缺點：互動應用場合，使用者要求查找或修改單個記錄時，系統需要在檔案的記錄中逐個查找，效率很差。如果想增加或删除一個記錄也比較困難。

索引檔案： 按照關鍵字建立索引，可進行折半查找。

• 優點：将需要順序查找的檔案改造成一個可随機查找的檔案，極大提高了對檔案的查找速度。

索引順序檔案： 引入了文建索引表，通過該表可以實作對索引順序檔案的随機通路。又引入了溢出檔案，用它記錄新增加的、删除的和修改的記錄。

直接檔案： 直接檔案，則根據給定的記錄鍵值，直接獲得指定記錄的實體位址，換言之，記錄鍵值本身就決定了記錄的實體位址，這種由記錄鍵值到記錄實體位址的轉換被稱為鍵值轉換。

哈希檔案： 利用Hash函數可将記錄鍵值轉換為相應記錄的位址，為了能實作檔案存儲空間的動态配置設定，通常由Hash函數所求得的并非是相應記錄的位址，而是指向一目錄表相應表目的指針，該表目的内容指向相應記錄所在的實體塊。

檔案目錄

為了能夠對檔案實施有效的管理，必須對它們加以妥善組織，這主要是通過檔案目錄實作的，檔案目錄也是一種資料結構，用于辨別系統中的檔案及其實體位址，供檢索時使用，對目錄的管理要求如下：

　　① 實作按名存取，即使用者隻須向系統提供所需通路的檔案的名字，便能夠快速準确地找到指定檔案在外存上的存儲位置，這是目錄管理中最基本的功能。

　　② 提高對目錄檢索速度，通過合理地組織目錄結構的方法，可加快對目錄的檢索速度，進而提高對檔案的存取速度。

　　③ 檔案共享，在多使用者系統中，應該允許使用者共享一個檔案。

　　④ 允許檔案重名，系統應允許不同使用者對不同檔案采用相同的名字，以便使用者按照自己的習慣給檔案命名和使用檔案。

1.檔案控制塊

為了能對檔案進行正确的存取，必須為檔案設定用于描述和控制檔案的資料結構，稱之為檔案控制塊FCB，檔案管理程式可借助于檔案控制塊中的資訊，對檔案施加各種操作，檔案與檔案控制塊一一對應，而人們把檔案控制塊的有序集合稱為檔案目錄，一個檔案控制塊就是一個檔案目錄項。通常，一個檔案目錄也可被看成是一個檔案，稱為目錄檔案。

檔案控制塊包含基本資訊、存取控制資訊、使用資訊。

　　① 基本資訊，包括檔案名（辨別一個檔案的符号名，在每個系統中，每個檔案都有唯一的名字，使用者利用該名字進行存取）；檔案實體位置（指檔案在外存上的存儲位置，包括存放檔案的裝置名、檔案在外村上的起始盤塊号、訓示檔案所占用的盤塊數或位元組數的檔案長度）；檔案邏輯結構（訓示檔案是流式檔案還是記錄式檔案、記錄數，檔案是定長還是變長記錄）；檔案實體結構（訓示檔案是順序檔案、鍊式檔案還是索引檔案）

　　② 存取控制資訊，包括檔案主的存取權限、核準使用者的存取權限及一般使用者的存取權限。

　　③ 使用資訊，包括檔案的建立日期和時間、檔案上一次修改的日期和時間及目前使用資訊（這項資訊包括目前已打開該檔案的程序數、是否被其他程序鎖住、檔案在記憶體中是否已被修改但尚未拷貝到盤上）

2.檔案目錄的組織：

一級檔案目錄，隻能實作最基本的按名存取功能、

二級檔案目錄，基本上能滿足對檔案目錄的四方面要求。提高了檢索目錄的速度（如果在主目錄中有n個子目錄，每個使用者目錄最多為m個目錄項，則為查找一指定的目錄項，最多隻需要檢索n+m個目錄項）。在不同的使用者目錄中，可以使用相同的檔案名（隻要在使用者自己的UFD中，每個檔案名都是唯一的，不同使用者可以有檔案名相同的檔案）。不同使用者還可使用不同的檔案名來通路系統中同一個共享檔案。但在多個使用者需要合作完成一個大任務時，不便于使用者之間共享檔案。

樹形結構目錄，最通用且實用的檔案目錄結構，主目錄被稱為根目錄，把資料檔案稱為樹葉，其他的目錄均作為樹的結點。

3.目錄查詢技術：

　　當使用者要通路一個已存在的檔案時，系統首先利用使用者提供的檔案名對目錄進行查詢，找出該檔案的檔案控制塊或對應索引結點，然後，根據FCB或索引結點中所記錄的檔案實體位址（盤塊号），換算出檔案在磁盤上的實體位置，最後，再通過磁盤驅動程式，将所需檔案讀入記憶體。目前常用的方式有線性檢索法和Hash方法。

① 線性檢索法，其又稱為順序檢索法，在樹形目錄中，使用者提供的檔案名是由多個檔案分量名組成的路徑名，此時須對多級目錄進行查找，假定使用者給定的檔案路徑名為/usr/ast/mbox，則查找過程如下。

1. 讀入第一個檔案分量名usr，用它與根目錄檔案（或目前目錄檔案）中各目錄項中的檔案名順序地進行比較
2. 得到比對項的索引結點号是6
3. 從6号索引結點中得到usr目錄檔案放在132号盤塊中，将該盤塊内容讀入記憶體
4. 再将路徑名中的第二個分量名ast讀入，用它與放在132号盤塊中的第二級目錄檔案中各目錄項的檔案名順序進行比較
5. 依次類推

② Hash方法，系統利用使用者提供的檔案名并将它轉換為檔案目錄的索引值，再利用該索引值到目錄中去查找，這将提高檢索速度。