Windows 文件管理

1. Windows文件管理 Instructor: Hengming Zou, Ph.D. In Pursuit of Absolute Simplicity求于至简，归于永恒

2. 内容提要 • 第1讲 文件概念与实现 • 第2讲 目录与文件系统

3. 第1讲 文件概念与实现 • 文件 • 文件实现

4. 文件 • 1.1 文件概念 • 1.2 文件命名 • 1.3 文件属性 • 1.4 文件分类 • 1.5 文件存取 • 1.6 文件结构

5. 1.1 文件概念 • 一个抽象机制：一组带标识的在逻辑上有完整意义的信息项的序列，这个标识为文件名 • 两种观点看待文件 • 用户观点 • 操作系统观点

6. 1.2 文件命名 • 给出文件命名规则： • 长度，数字和特殊字符，大小写区分，支持文件扩展名（一个或多个） • 例子：.bak .c .f77 .gif .hlp .html .mpg .o .ps .tex .txt .zip

7. 1.3 文件属性 • 包括两部分内容 • 文件数据 • 文件属性 • 常用的数种文件属性

8. 1.4 文件分类 • 按文件性质和用途分类 • 按信息保存期限分类 • 按文件的保护方式分类 • 按文件的逻辑结构分类 • 按文件的物理结构分类

9. UNIX系统文件分类 • 普通文件(regular) • 目录文件(directory) • 特殊文件(special file)

10. 1.5 文件存取 • 顺序存取 • 随机访问（直接访问） • 索引访问（按键访问）

11. 文件创建 • create（文件名，访问权限，（，最大长度）） • ①检查参数的合法性 • 文件名是否符合命名规则：是→②，否则→错误返回 • ②检查同一目录下有无重名文件：无→③，有→错误返回 • ③在目录中有无空闲位置：有→②，否则→不成功返回 • 有的系统可能要为此文件申请数据块空间 • ④填写目录项内容： • 文件名，用户名等，存取权限，长度置零，（，首址） • ⑤返回

12. 文件打开 • 使用文件的第一步，任何一个文件使用前都要先打开，即把FCB送到内存 • fd=open（文件路径名，打开方式）

13. 文件打开的步骤 • ①根据文件路径名查目录，找到FCB主部； • ②根据打开方式、共享说明和用户身份检查访问合法性 • ③根据文件号查系统打开文件表，看文件是否已被打开 • 是→共享计数加1 • 否则→将外存中的FCB主部等信息填入系统打开文件表空表项，共享计数置为1 • ④在用户打开文件表中取一空表项，填写打开方式等，并指向系统打开文件表对应表项 • 返回信息：fd文件描述符，是非负整数，用于以后读写文件

14. 文件读 • read（文件名，（文件内位置），要读的长度，内存地址） • 隐含参数：进程主 • ① 检查长度是否为正整数 • 是→②，否则→⑩ • ② 根据文件名查找目录，确定该文件在目录中的位置 • ③根据隐含参数中的进程主和目录中该文件的存储权限数据，检查是否有权读？ • 是→④，否则→⑩

15. 文件读 • ④由文件内位置与要读的长度计算最末位置，将其与目录中的文件长度比较，超过否？ • 是→⑩，否则→⑤ • 也可将参数中的长度修正为目录中的文件长度 • ⑤根据参数中的位置、长度和目录中的映射信息，确定块号、块数、块内位移与长度。（多次读盘） • ⑥根据下一块号读块至内存缓冲区 • ⑦根据块内位移长度取出要读的内容，送至参数中的内存目的地址

16. 文件读 • ⑧根据块内长度或起始块号+块数，确定还读下一块吗？同时确定下一块块号 • 是→⑤，否则→⑨ • ⑨正常返回 • ⑩错误返回，返回相应错误号

17. 文件读写定位 • ①由fd查用户打开文件表，找到对应的入口； • ②将用户打开文件表中文件读写指针位置设为新指针的位置，供后继读写命令存取该指针处文件内容

18. 其它文件操作 • 文件关闭 • 文件写 • 文件删除 • 文件截断

19. 1.7 文件结构 • 分为逻辑结构和物理结构 • 逻辑结构是从用户角度看文件，研究文件的组织形式 • 物理结构是从系统的角度来看文件，从文件在物理介质上的存放方式来研究文件

20. 2. 文件实现 • 主要考虑如何在外部存储介质上为创建文件而分配空间，为删除文件而回收空间，以及对空闲空间进行管理 主要考虑： • 空间分配策略 • 空闲空间管理

21. 2.1 空间分配策略 （1）连续空间分配（顺序） 文件的信息存放在若干连续的物理块中 优点: 简单 支持顺序存取和随机存取 顺序存取速度快 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少

22. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 文件目录 count 文件名 始址 块数 f count 0 2 tr 14 3 mail 19 6 list 28 4 f 6 2 tr mail list

23. 缺点: • 文件不能动态增长 预留空间:浪费 重新分配和移动 • 不利于文件插入和删除 • 外部碎片问题－存储压缩技术

24. （2）链接结构 • 一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，各块之间通过指针连接，前一个物理块指向下一个物理块 • 优点：提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题 • 有利于文件插入和删除 • 有利于文件动态扩充

25. 文件目录 文件名 始址 末址 jeep 9 25 0 1 10 2 3 4 5 6 7 8 9 16 10 25 11 12 13 14 15 16 1 17 18 19 20 21 22 23 24 25 -1 26 27 28 29 30 31

26. 缺点：存取速度慢，不适于随机存取 可靠性问题，如指针出错 更多的寻道次数和寻道时间 链接指针占用一定的空间 • 链接结构的一个变形: 文件分配表FAT

27. （3）索引结构 一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构--索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中 一个索引表就是磁盘块地址数组,其中第i个条目指向文件的第i块

28. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 文件目录 文件名 索引表地址 Jeep 19 9 16 1 10 25 -1 -1 -1 19

29. 优点： 保持了链接结构的优点，又解决了其缺点： • 即能顺序存取，又能随机存取 • 满足了文件动态增长、插入删除的要求 • 能充分利用外存空间

30. 缺点：较多的寻道次数和寻道时间 索引表本身带来了系统开销 如：内外存空间，存取时间

31. 索引表组织 • 链接模式 • 多级索引 • 综合模式

32. UNIX文件系统采用的是多级索引结构(综合模式) • UNIX中采用了三级索引结构后，文件最大可达16兆个物理块

34. 2.2 空闲空间管理 （1）空闲块表 将所有空闲块记录在一个表中，即空闲块表，有两项 （2）空闲块链表 把所有空闲块链成一个链 扩展：成组链接法

35. 第一组各块块号与总块数 文件存储设备 最后组 第三组 第二组 第一组 最后组的块号与总块数 50块 50块 49块 第二组各块块号与总块数 倒数第二组各块块号与总块数 文件资源表

36. 分配和回收的算法 1．分配一个空闲块 查L单元内容（空闲块数）： 当空闲块数>1 i : ＝L＋空闲块数； 从i单元得到一空闲块号； 把该块分配给申请者； 空闲块数减1。 当空闲块数＝1 取出L＋1单元内容（一组的第一块块号或0）； 其值＝0 无空闲块，申请者等待 不等于零 把该块内容复制到专用块； 该块分配给申请者； 把专用块内容读到主存L开始的区域。

37. 分配和回收的算法（续） 2．归还一块 查L单元的空闲块数； 当空闲块数<100 空闲块数加1； j : ＝L＋空闲块数； 归还块号填入j单元。 当空闲块数＝100 把主存中登记的信息写入归还块中； 把归还块号填入L＋1单元； 将L单元置成1。

38. （3）位图法 • 用一串二进制位反映磁盘空间中分配使用情况, 每个物理块对应一位, 分配物理块为1，否则为0 • 申请物理块时，可以在位示图中查找为0的位，返回对应物理块号； • 归还时；将对应位转置0 • 描述能力强，适合各种物理结构

39. 计算公式： 已知字号i，位号j 块号＝i×字长＋j 已知块号： 字号＝[ 块号/字长] 位号＝块号 mod 字长

40. 已知块号，则磁盘地址： 柱面号＝[块号/（磁头数×扇区数）] 磁头号＝[（块号mod （磁头数×扇区数））/扇 区数] 扇区号＝（块号mod （磁头数×扇区数））mod 扇区数 • 已知磁盘地址： 块号＝柱面号×（磁头数×扇区数）＋磁头号×扇区数＋扇区号

41. 小测验 • 文件属性包含哪两个部分的内容？ A. 文件数据 B. 文件本身的说明信息 C. 文件类型 D. 文件长度 • 下列哪一类不属于按文件的物理结构分类？ A. 顺序（连续）文件 B. 链接文件 C. 索引文件 D. 记录文件 • 磁带所采取的存取方式是 A. 顺序 B. 随机 • Unix 采用的是 A. 一级索引结构 B. 二级索引结构 C.多级索引结构

42. 习题 • 从用户观点和操作系统观点看文件各有什么特点？ • 按物理结构文件可以如何分类，按文件的逻辑结构如何分类？ • 请列举常用的空间分配策略及其优缺点。

43. 第2讲 目录与文件系统 • 目录的概念与实现 • 文件系统

44. 1. 目录概念与实现 • 目录 • 目录概念 • 目录功能 • 目录结构 • 目录操作 • 目录实现

45. 1.1目录概念 • 文件控制块FCB • 文件控制块是文件存在的标志 • 文件控制块的主要内容 • 文件目录 • 目录项 • 目录文件

46. 文件控制块（FCB）：文件控制块是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理文件所需的所有有关信息（文件属性）文件控制块（FCB）：文件控制块是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理文件所需的所有有关信息（文件属性） 文件控制块是文件存在的标志

47. 文件目录：把所有的FCB组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合文件目录：把所有的FCB组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合 • 目录项：构成文件目录的项目（目录项就是FCB） • 目录文件：为了实现对文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存，这个文件就叫目录文件

48. 文件控制块的内容： 文件名，文件号，用户名，文件地址，文件长度，文件类型，文件属性，共享计数，文件的建立日期，保存期限，最后修改日期，最后访问日期，口令，文件逻辑结构，文件物理结构

49. 文件目录：把所有的FCB组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合文件目录：把所有的FCB组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合 • 目录项：构成文件目录的项目（目录项就是FCB） • 目录文件：为了实现对文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存，这个文件就叫目录文件

50. 1.2 目录功能 • 实现“按名操作” • 提高检索速度 • 允许文件同名 • 允许文件共享