【正文】 第 6章 文件管理 本章目錄 文件系統(tǒng)概述 文件系統(tǒng)概述 文件系統(tǒng)的功能 文件的邏輯結(jié)構(gòu) 記錄的成組與分解 文件的目錄結(jié)構(gòu) 目錄 目錄的層次結(jié)構(gòu) 路徑名 文件在磁盤上的組織 磁盤存儲(chǔ)空間的管理 文件的物理結(jié)構(gòu) 文件的存取方式 “按名存取”的實(shí)現(xiàn) 文件的使用 文件的操作 文件共享 文件保護(hù) Linux的文件管理 Linux文件系統(tǒng)概述 Linux的文件類型 Linux的二次擴(kuò)展文件系統(tǒng) —Ext2 Linux的虛擬文件系統(tǒng) —VFS 文件系統(tǒng)概述 ? 文件系統(tǒng)概述 文件 1. 域：有時(shí)也稱“字段”，是指數(shù)據(jù)中不可再分的基本單元。一個(gè)域包含一個(gè)值，常通過(guò)數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度兩個(gè)屬性來(lái)描述域。 .. 記錄：指一組相關(guān)域的集合，它是程序進(jìn)行讀 /寫的單位。記錄中的每個(gè)域，都有自己的域名，以便使用起來(lái)方便。 . 文件：指一組有相同結(jié)構(gòu)的相關(guān)記錄的集合，通常存儲(chǔ)在磁盤上。文件有自己的名字，用戶或應(yīng)用程序通過(guò)名字對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn)。對(duì)文件的訪問(wèn)在文件一級(jí)實(shí)施，也就是說(shuō)允許或拒絕用戶或應(yīng)用程序?qū)φ麄€(gè)文件的訪問(wèn)，而不能在記錄級(jí)或域級(jí)實(shí)施。 . 數(shù)據(jù)庫(kù)：由一種或多種類型的文件組成，它們涉及到與一個(gè)組織或項(xiàng)目相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，反映數(shù)據(jù)元素間存在的關(guān)系，以供不同應(yīng)用程序共享使用。通常，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是獨(dú)立于操作系統(tǒng)的，有時(shí)也可能要用到一些文件管理系統(tǒng)中的程序功能。 文件的命名 2. . 用戶或應(yīng)用程序是通過(guò)文件名實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的訪問(wèn)的。這就是所謂的“按名存取”。 . 給文件命名的具體規(guī)則，各操作系統(tǒng)不盡相同，不過(guò)它們大多允許用 1到 8個(gè)英文字母組成的字符串作為合法的文件名。 文件命名時(shí)，允許使用文件擴(kuò)展名，文件名和擴(kuò)展名之間，用圓點(diǎn)隔開 。 . 系統(tǒng)文件：操作系統(tǒng)及其他系統(tǒng)程序構(gòu)成系統(tǒng)文件范疇。這些文件通常是可執(zhí)行的目標(biāo)代碼及所訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，用戶對(duì)它們只能執(zhí)行，沒(méi)有讀和寫的權(quán)利。 按文件的性質(zhì)和用途分類 3. 文件的類型 . . (1) 用戶文件：指用戶在軟件開發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的各種文件，如源程序、目標(biāo)程序代碼和計(jì)算結(jié)果等。這些文件只能由文件主和被授權(quán)者使用。 . 庫(kù)文件：常用的標(biāo)準(zhǔn)子程序、實(shí)用子程序等組成庫(kù)文件。庫(kù)文件中的文件，用戶在開發(fā)過(guò)程中可以直接調(diào)用，但只能讀取或執(zhí)行，不能修改。 按文件的保護(hù)性質(zhì)分類 (2) . 只讀文件：這類文件只允許查看，使用者不能對(duì)它們進(jìn)行修改，也不能運(yùn)行。 . 讀寫文件：這是一種允許查看和修改的文件，但不能運(yùn)行。 . 可執(zhí)行文件：這是一種可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的文件，以期完成特定的功能。使用者不能對(duì)它進(jìn)行查看和修改。 . 不保護(hù)文件：這是一種不設(shè)防的文件，可以任意對(duì)它進(jìn)行使用、查看和修改。 按文件的內(nèi)容分類 (3) . 操作系統(tǒng)把文件的目錄項(xiàng)聚集在一起，形成一個(gè)文件加以管理。由于這種文件中包含的都是文件的目錄項(xiàng)，因此稱其為“目錄文件”。 . 特殊文件：為了統(tǒng)一管理和方便使用，操作系統(tǒng)常以文件的觀點(diǎn)來(lái)看待設(shè)備。被視為文件的設(shè)備稱為設(shè)備文件，也稱為“特殊文件”。 . 普通文件：存儲(chǔ)在磁盤上的一般文件。 返回目錄 ? 文件系統(tǒng)的功能 用戶或程序通過(guò)創(chuàng)建文件、刪除文件以及各種執(zhí)行文件操作的命令，開始與文件系統(tǒng)打交道。 用戶或 程序命令 操作和 文件名 文件操 作函數(shù) 文件 記錄 內(nèi)存緩沖區(qū) 磁盤扇區(qū) I/O 目錄 管理 合法性 檢查 分解 訪問(wèn) 方法 成組 空閑 區(qū)管理 . . 在真正執(zhí)行這些操作前，文件系統(tǒng)必須先用文件名去查目錄，找到所需的文件，文件的目錄里，有著該文件的各種屬性和存放的位置等信息。 . 找到文件后，必須對(duì)所要求執(zhí)行的操作進(jìn)行合法性檢查，只有授權(quán)的用戶才能以允許的方式訪問(wèn)指定的文件，從而保證文件使用的安全。 . 文件上執(zhí)行的基本操作，是在記錄級(jí)進(jìn)行的。文件記錄在磁盤上的存放是有組織的，結(jié)構(gòu)的不同，采用的訪問(wèn)方法也不一樣。因此，必須按所提出的訪問(wèn)方法，來(lái)轉(zhuǎn)換文件的操作命令。 目錄管理：為每個(gè)文件建立一個(gè)目錄項(xiàng)，記載該文件的有關(guān)信息和屬性。根據(jù)用戶要求，可以創(chuàng)建或刪除目錄文件，可以對(duì)文件進(jìn)行檢索和權(quán)限驗(yàn)證。 提供文件操作命令：主要的文件操作命令有創(chuàng)建、撤銷、讀 /寫、查詢、插入 /刪除記錄等。不同系統(tǒng)的文件操作命令，從功能上和數(shù)量上都不盡相同。 . 為減少對(duì)磁盤的 I/O次數(shù)，為提高磁盤存儲(chǔ)空間的利用率，通常是把若干記錄匯集成組后，存放在磁盤的扇區(qū)里；使用某記錄時(shí)，是把包含那個(gè)記錄的整個(gè)扇區(qū)讀到內(nèi)存緩沖區(qū)，然后從中提取所需的記錄。因此，文件系統(tǒng)需要承擔(dān)記錄成組、分解以及磁盤存儲(chǔ)空間管理的功能。 . 所謂“文件系統(tǒng)”是指操作系統(tǒng)中管理信息資源的一組系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和文件，它實(shí)行文件的存取、檢索、更新，提供安全可靠的共享和保護(hù)機(jī)制，提供操作文件的接口，方便用戶“按名存取”。 . 文件系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能： (1) (2) (3) 文件存儲(chǔ)空間的管理：對(duì)磁盤空間進(jìn)行統(tǒng)一管理，隨時(shí)記錄整個(gè)空間的使用情況，實(shí)施對(duì)磁盤空間的分配與回收。 (4) 文件的共享與保護(hù)：文件系統(tǒng)應(yīng)該提供用戶使用其他用戶文件的方法，也應(yīng)該防止用戶無(wú)意或惡意對(duì)文件的破壞。 返回目錄 ? 文件的邏輯結(jié)構(gòu) 1. 字節(jié)序列結(jié)構(gòu) 一個(gè)字節(jié) 一個(gè)記錄 (a) (b) (c) 生物系 化學(xué)系 物理系 動(dòng)物 植物 有機(jī) 無(wú)機(jī) 稀土 幾何 代數(shù) 方程 一 班 二 班 三 班 若文件由一組相關(guān)信息的有序字符流組成，那么這樣的文件結(jié)構(gòu)稱作“字節(jié)序列”式的，有時(shí)稱為“無(wú)結(jié)構(gòu)文件”，或“流式文件”。如圖 (a)所示。 .. “文本”是典型的字節(jié)序列結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)見到的是字節(jié)，不去關(guān)心這些字節(jié)的內(nèi)容和關(guān)系。 2. 記錄序列結(jié)構(gòu) . 若把文件中相關(guān)信息的集合劃分一個(gè)個(gè)記錄，那么它就是有結(jié)構(gòu)的了。這樣，整個(gè)文件就由記錄 記錄 … 、記錄 n組成。稱這樣的文件的結(jié)構(gòu)是記錄序列式的。如圖 (b)所示。 . 記錄序列式文件結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是把記錄視為讀 /寫的單位。 3. 樹形結(jié)構(gòu) . 反映各記錄間層次關(guān)系的文件結(jié)構(gòu)，就是樹形結(jié)構(gòu)，如圖 (c)所示。 返回目錄 ? 記錄的成組與分解 R1 R2 R3 R4 磁道 1： 扇區(qū)間隙及記錄適應(yīng)扇區(qū)造成的浪費(fèi) 一個(gè)記錄 R5 R6 R7 R8 磁道 2： (a) R1 R2 R5 R6 磁道 1： R3 R4 R4 R6 R7 R10 R12 磁道 2： R8 R9 R9 R11 扇區(qū)間隙 (b) R1 R3 R4 R5 磁道 1： R1 R6 R10 R8 R5 磁道 2： R7 (c) 扇區(qū)間隙及記錄適應(yīng)扇區(qū)造成的浪費(fèi) . 記錄是用戶進(jìn)行讀 /寫的單位，扇區(qū)（塊）是 I/O操作的單位。一般地，扇區(qū)尺寸總要比記錄大。 . 為減少磁盤的 I/O次數(shù)，寫操作時(shí)應(yīng)先將記錄在一個(gè)尺寸與磁盤扇區(qū)相同的內(nèi)存緩沖區(qū)里聚集“成組”，然 后將它們寫入扇區(qū)；讀操作時(shí)先將 包含所需記錄的扇區(qū)讀到內(nèi)存緩沖 區(qū)，然后進(jìn)行“分解”，挑出所需的 記錄，將其移入用戶指定的區(qū)域。 . 三種成組形式 ： (1) 固定成組，如圖 (a)所示 ； (2) 可變長(zhǎng)度跨越式成組 ，如圖 (b)所示； (3) 可變長(zhǎng)度非跨越式成組 ，如圖 (c)所示。 返回目錄 ? 目錄 1. 文件控制塊與目錄 文件的目錄結(jié)構(gòu) . 文件在磁盤中的起始地址 文件名 記錄長(zhǎng)度 記錄個(gè)數(shù) 文件主及存取權(quán)限 其他用戶的存取權(quán)限 文件建立的日期和時(shí)間 上次訪問(wèn)的日期和時(shí)間 為管理文件，操作系統(tǒng)為每個(gè)文件開辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，里面記錄該文件的有關(guān)信息，稱為“文件控制塊（ FCB）”：找到文件的 FCB，就得到該文件的有關(guān)信息，就能對(duì)它進(jìn)行所需的訪問(wèn)。 . 也把 FCB稱為“文件描述符”。隨系統(tǒng)的不同， FCB中所含內(nèi)容及大小不盡一樣。如圖所示為一個(gè) FCB的內(nèi)容樣例。 文件控制塊中的內(nèi)容 . (1) (2) 用戶為自己的文件起的符號(hào)名，它是區(qū)分文件的主要 標(biāo)識(shí)。不同文件不應(yīng)該有相同的名字，否則系統(tǒng)無(wú)法對(duì)它們加以區(qū)分。 (3) 文件在輔存中存放的物理位置。 文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)：用于完成邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)之間的映射。 (4) 文件的存取控制信息。 (5) 文件管理信息 。 把系統(tǒng)中各個(gè)文件的文件控制塊匯集在一起，就形成了系統(tǒng)的文件目錄，每個(gè)文件控制塊就是一個(gè)目錄項(xiàng)。 . 顯示目錄：列出一個(gè)目錄中的全部或指定部分的文件有關(guān)屬性信息，比如文件的類型、訪問(wèn)控制信息、使用信息等。 跟蹤文件系統(tǒng)：為系統(tǒng)的安全、可靠，有時(shí)需要定期對(duì)整個(gè)文件系統(tǒng)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行備份。這就需要訪問(wèn)每一個(gè)目錄，以及每個(gè)目錄下的每個(gè)文件，將它們復(fù)制到磁帶或磁盤上。 修改目錄：目錄中有文件的屬性信息，在這些屬性發(fā)生變化時(shí)，就要修改相應(yīng)的目錄項(xiàng)內(nèi)容。 2. 與目錄相關(guān)的操作 . . . 搜索文件：在用戶或應(yīng)用程序中引用一個(gè)文件時(shí)，必須搜索目錄，以便找到該文件相應(yīng)的目錄項(xiàng)。 . 創(chuàng)建文件：在創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，必須在目錄中增加一個(gè)目錄項(xiàng)。 . 刪除文件：在刪除一個(gè)文件時(shí)，必須在目錄中刪除與該文件相應(yīng)的目錄項(xiàng)。 . 3. 索引節(jié)點(diǎn) 搜索文件時(shí)只用到“文件名”這樣一個(gè)信息。只有在找到某個(gè)目錄項(xiàng)里的文件名與所查找的文件名相匹配時(shí)，目錄項(xiàng)中的其他信息才會(huì)成為有用。這就是說(shuō)，在搜索文件目錄時(shí)，除了文件名外的其他信息根本無(wú)需調(diào)入內(nèi)存。 . . 為了加快對(duì)文件目錄的搜索過(guò)程，為了提高對(duì)文件的訪問(wèn)速度，現(xiàn)代操作系統(tǒng)就常采用把 FCB中的文件名與其他有關(guān)信息分離的辦法。 把 FCB中的文件名與其他信息分離的具體辦法： .