第6章 文件管理 第2课时 文件的组织结构《操作系统原理课件（第2版）》 同步教学（电子工业出版社）

操作系统原理(第2版） 第6章 文件管理 现代计算机系统中要用到大量的程序和数据，由于内存容量有限而且程序和数据不能在内存中长期保存，因此程序和数据平时总以文件的形式存放在外存中，需要时可随时将它们调入内存。 文件管理的主要任务是有效地组织、存储和保护文件，以使用户方便、安全地访问文件。因此，文件管理的主要功能应包括文件存储空间管理、文件目录管理、文件存取控制和文件操作。 操作系统通过文件系统来管理外存中的文件，实现对外存空间的组织、分配与回收，完成文件名到外存文件存储空间的映射，为用户提供存取、检索、共享和保护文件的手段。 通过文件系统提供的各种文件操作，用户就可以方便地“按名存取”文件，而无须了解外存的硬件特征和存取过程。由操作系统管理文件，不仅方便用户对文件的使用，而且保证了文件的安全性，有效提高了系统资源的利用率。 第6章 文件管理 6.1 文件系统基本概念 6.2 文件的组织结构 6.3 文件目录 6.4 文件存储空间管理 6.5 文件共享与文件安全 文件是信息的集合，保存在文件中的信息总是按照一定的方式组织起来。文件中信息的组织方式称为文件的组织结构。对任何一个文件都存在着以下两种形式的组织结构： （1）逻辑结构。用户所看到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构。文件的逻辑结构独立于存放文件的物理介质，其组织目的是为用户提供一种结构清晰、操作方便的信息组织形式，以方便用户使用文件。 （2）物理结构。逻辑文件在外存上具体的存储方式，该存储方式与存放文件的物理介质有关。为文件设计物理结构的出发点是为了提高外存的利用率和文件的存取速度。 事实上，无论是文件的逻辑结构还是物理结构，其构造方式都对文件的存储空间和存取速度产生影响。 6.2 文件的组织结构 6.2.1 文件的逻辑结构 文件的逻辑结构分为两大类：无结构文件和有结构文件。无结构文件中的信息不存在结构，所以也称字符流文件或流式文件；有结构文件由若干个记录构成，所以又称为记录式文件。 6.2 文件的组织结构 1. 流式文件 无结构的流式文件是有序字符的集合，即整个文件可以看成是字符流的序列，字符是构成文件的基本单位。流式文件一般按照字符组的长度来读写信息。 为了I/O操作的需要，流式文件中也可以通过插入一些特殊字符，将文件划分成若干个字符分组，且将这些字符分组称为记录。但这些记录仅仅是字符序列分组，即并不改变流式文件中字符流序列本身的组织形式，而只是为了使信息传送方便所采用的一种传送方法。 在实际应用中，许多情况下都不需要在文件中引入记录，按记录方式组织文件反而会给操作带来不便。如用户写的源程序原本就是一个字符序列，强制将该字符序列按照记录序列组成文件，只会带来操作复杂、开销增大等缺点。 优点：相对记录式文件而言，流式文件管理简单、操作方便. 缺点：检索信息比较麻烦，效率较低。 现在大多数操作系统只提供了流式文件。 6.2 文件的组织结构 文件的逻辑结构 2．记录式文件 记录式的有结构文件是指用户把文件内的信息按逻辑上独立的含义划分为一个个信息单位，每个信息单位称为一个逻辑记录，即记录式文件是由若干逻辑记录构成的序列。 从操作系统管理的角度看，逻辑记录是文件信息按逻辑上的独立含义划分的最小信息单位，使用者的每次操作总是以一个逻辑记录为对象。 从程序设计语言处理信息的角度看，逻辑记录还可以进一步分成一个或多个更小的数据项。数据项被看做不可分割的最小数据单位，数据项的集合构成逻辑记录，相关逻辑记录的集合又构成文件。 为了简化文件的管理和操作，大多数现代操作系统对用户只提供了字符流式的无结构文件，记录式的有结构文件则由程序设计语言或数据库管理系统提供。 文件的逻辑结构 根据记录式文件中每个记录的长度是否相等，可以将文件分为定长记录文件和变长记录文件两种: （1）定长记录文件。文件中所有的记录长度均相同，所有逻辑记录的各数据项位于相同的位置且有相同的顺序和长度。文件的长度用记录的个数表示，检索时可以根据记录号和记录长度来确定记录的逻辑位置。定长记录格式处理方便、开销小、可以直接访问（随机访问），是目前常用的一种文件组织形式，被广泛用于数据库文件中。 （2）变长记录文件。文件中逻辑记