【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”的實現(xiàn) 文件的使用 文件的操作 文件共享 文件保護 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：有時也稱“字段”，是指數(shù)據(jù)中不可再分的基本單元。一個域包含一個值，常通過數(shù)據(jù)類型和長度兩個屬性來描述域。 .. 記錄：指一組相關域的集合，它是程序進行讀 /寫的單位。記錄中的每個域，都有自己的域名，以便使用起來方便。 . 文件：指一組有相同結(jié)構(gòu)的相關記錄的集合，通常存儲在磁盤上。文件有自己的名字，用戶或應用程序通過名字對它進行訪問。對文件的訪問在文件一級實施，也就是說允許或拒絕用戶或應用程序?qū)φ麄€文件的訪問，而不能在記錄級或域級實施。 . 數(shù)據(jù)庫：由一種或多種類型的文件組成，它們涉及到與一個組織或項目相關的所有數(shù)據(jù)，反映數(shù)據(jù)元素間存在的關系，以供不同應用程序共享使用。通常，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是獨立于操作系統(tǒng)的，有時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. . 用戶或應用程序是通過文件名實現(xiàn)對文件的訪問的。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，不過它們大多允許用 1到 8個英文字母組成的字符串作為合法的文件名。 文件命名時，允許使用文件擴展名，文件名和擴展名之間，用圓點隔開 。 . 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)行的目標代碼及所訪問的數(shù)據(jù)，用戶對它們只能執(zhí)行，沒有讀和寫的權(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)過程中產(chǎn)生的各種文件，如源程序、目標程序代碼和計算結(jié)果等。這些文件只能由文件主和被授權(quán)者使用。 . 庫文件：常用的標準子程序、實用子程序等組成庫文件。庫文件中的文件，用戶在開發(fā)過程中可以直接調(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，使用者不能對它們進行修改，也不能運行。 . 讀寫文件：這是一種允許查看和修改的文件，但不能運行。 . 可執(zhí)行文件：這是一種可以在計算機上運行的文件，以期完成特定的功能。使用者不能對它進行查看和修改。 . 不保護文件：這是一種不設防的文件，可以任意對它進行使用、查看和修改。 按文件的內(nèi)容分類 (3) . 操作系統(tǒng)把文件的目錄項聚集在一起，形成一個文件加以管理。由于這種文件中包含的都是文件的目錄項，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)常以文件的觀點來看待設備。被視為文件的設備稱為設備文件，也稱為“特殊文件”。 . 普通文件：存儲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 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，必須對所要求執(zhí)行的操作進行合法性檢查，只有授權(quán)的用戶才能以允許的方式訪問指定的文件，從而保證文件使用的安全。 . 文件上執(zhí)行的基本操作，是在記錄級進行的。文件記錄在磁盤上的存放是有組織的，結(jié)構(gòu)的不同，采用的訪問方法也不一樣。因此，必須按所提出的訪問方法，來轉(zhuǎn)換文件的操作命令。 目錄管理：為每個文件建立一個目錄項，記載該文件的有關信息和屬性。根據(jù)用戶要求，可以創(chuàng)建或刪除目錄文件，可以對文件進行檢索和權(quán)限驗證。 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。 . 為減少對磁盤的 I/O次數(shù)，為提高磁盤存儲空間的利用率，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，是把包含那個記錄的整個扇區(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)需要承擔記錄成組、分解以及磁盤存儲空間管理的功能。 . 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，它實行文件的存取、檢索、更新，提供安全可靠的共享和保護機制，提供操作文件的接口，方便用戶“按名存取”。 . 文件系統(tǒng)應該具有的功能： (1) (2) (3) 文件存儲空間的管理：對磁盤空間進行統(tǒng)一管理，隨時記錄整個空間的使用情況，實施對磁盤空間的分配與回收。 (4) 文件的共享與保護：文件系統(tǒng)應該提供用戶使用其他用戶文件的方法，也應該防止用戶無意或惡意對文件的破壞。 返回目錄 ? 文件的邏輯結(jié)構(gòu) 1. 字節(jié)序列結(jié)構(gòu) 一個字節(jié) 一個記錄 (a) (b) (c) 生物系 化學系 物理系 動物 植物 有機 無機 稀土 幾何 代數(shù) 方程 一 班 二 班 三 班 若文件由一組相關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，有時稱為“無結(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)，不去關心這些字節(jié)的內(nèi)容和關系。 2. 記錄序列結(jié)構(gòu) . 若把文件中相關信息的集合劃分一個個記錄，那么它就是有結(jié)構(gòu)的了。這樣，整個文件就由記錄 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)間隙及記錄適應扇區(qū)造成的浪費 一個記錄 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)間隙及記錄適應扇區(qū)造成的浪費 . 記錄是用戶進行讀 /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)，寫操作時應先將記錄在一個尺寸與磁盤扇區(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)；讀操作時先將 包含所需記錄的扇區(qū)讀到內(nèi)存緩沖 區(qū)，然后進行“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) 可變長度跨越式成組 ，如圖 (b)所示； (3) 可變長度非跨越式成組 ，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 記錄長度 記錄個數(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間 上次訪問的日期和時間 為管理文件，操作系統(tǒng)為每個文件開辟一個存儲區(qū)，里面記錄該文件的有關信息，稱為“文件控制塊（ FCB）”：找到文件的 FCB，就得到該文件的有關信息，就能對它進行所需的訪問。 . 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 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名，它是區(qū)分文件的主要 標識。不同文件不應該有相同的名字，否則系統(tǒng)無法對它們加以區(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，每個文件控制塊就是一個目錄項。 . 顯示目錄：列出一個目錄中的全部或指定部分的文件有關屬性信息，比如文件的類型、訪問控制信息、使用信息等。 跟蹤文件系統(tǒng)：為系統(tǒng)的安全、可靠，有時需要定期對整個文件系統(tǒng)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進行備份。這就需要訪問每一個目錄，以及每個目錄下的每個文件，將它們復制到磁帶或磁盤上。 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，就要修改相應的目錄項內(nèi)容。 2. 與目錄相關的操作 . . . 搜索文件：在用戶或應用程序中引用一個文件時，必須搜索目錄，以便找到該文件相應的目錄項。 . 創(chuàng)建文件：在創(chuàng)建一個新文件時，必須在目錄中增加一個目錄項。 . 刪除文件：在刪除一個文件時，必須在目錄中刪除與該文件相應的目錄項。 . 3. 索引節(jié)點 搜索文件時只用到“文件名”這樣一個信息。只有在找到某個目錄項里的文件名與所查找的文件名相匹配時，目錄項中的其他信息才會成為有用。這就是說，在搜索文件目錄時，除了文件名外的其他信息根本無需調(diào)入內(nèi)存。 . . 為了加快對文件目錄的搜索過程，為了提高對文件的訪問速度，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： .