计算机考研408操作系统-第四章文件管理-文件

文件的概念

文件的定义

文件是以计算机硬盘为载体的存储在计算机上的信息集合。
操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，由三部分组成：与文件管理有关的软件，被管理文件及实施文件管理所需要的数据结构

文件的属性

1. 名称：文件名称唯一
2. 标识符：标识文件系统内文件的唯一标签（对用户透明，由于不同目录下可存在同名文件，故名称不能唯一区分文件）
3. 类型：即文件类型
4. 位置：文件存放的路径（用户使用），在外存中的地址（供操作系统使用）
5. 大小：文件大小
6. 保护：对文件进行保护的访问控制信息
7. 时间：创建时间，上次修改时间，上次访问时间等相关信息

文件的基本操作

1. 创建文件
2. 写文件
3. 读文件
4. 文件重定位（文件寻址）：按某条件搜索目录，将当前文件设置为给定值，并且不会读写文件
5. 删除文件
6. 截断文件：允许文件所有属性不变，并删除文件内容，即将长度设为0并释放其空间

文件的逻辑结构

文件的逻辑结构实际上是指在文件的内部，数据逻辑上是如何组织起来的。

无结构文件（流式文件）

无结构文件是最简单的文件组织形式。无结构文件将数据按顺序组织成记录并积累、保存，它是有序相关信息项的集合。
字符流无结构方式适用于对基本信息单位操作不多的文件：源程序文件，目标代码文件等。

有结构文件（记录式文件）

每条记录由若干数据项组成，一般来说每条记录有一个数据项可以作为关键字。

定长记录

每条记录占用的存储空间相同。

可变长记录

每条记录占用的存储空间不同。

顺序文件

文件中的记录一个一个的顺序排列。

1. 链式存储：无论是定长/可变长记录，都无法实现随机存取，每次只能从第一个记录开始依次往后查找。
2. 顺序存储：
   可变长记录：
   无法实现随机存取，同样只能从第一个记录向后查找
   定长记录：
   可以实现随机存取
   若采用串结构，无法快速找到某关键字对应的记录
   若采用顺序结构，可以快速查找关键字记录（折半查找）
   定长记录的顺序文件，若物理上采用顺序存储，则可以实现随机存取；若能再保证记录的顺序结构，则可以实现快速检索（根据关键字）
   顺序文件的缺点是增加/删除记录比较困难（如果是串结构则相对简单–不必保证关键字的顺序，插到尾部即可）

索引文件（解决可变长记录的顺序文件无法实现随机存取的问题）

建立一张索引表（定长记录的顺序文件）
可将关键字作为索引号的内容，若按关键字排列，则可以实现关键字快速查找。
索引文件具有较快的查找速度，因此主要用于对信息处理的及时性要求比较高的场合
还可以用不同的数据项建立多张索引表，实现不同关键字的快速查找。

索引顺序文件（解决索引文件索引表过大的问题）

对记录进行分组，为每组记录分配一个索引表项。即相当于是为顺序文件建立索引表。

效率分析

对于含有n条记录的顺序文件，平均查找次数为n/2次
在索引顺序文件中，若将记录分为根号n组，则每组对应根号n条记录，并且索引表中的表项数目为根号n。则在查找某一关键字值的记录时，先在索引表中查找对应分组，平均需要根号n/2次，之后进入分组查找，同样需要根号n/2次，因此总次数变为根号n次。

多级索引顺序文件（解决索引顺序文件当记录数很大时，查找效率较低的问题）

建立多级索引表，即为索引表建立索引表。
每一个低级索引表作为顶级索引表的一个表项。

直接文件或散列文件（Hash file）

由键值通过散列函数直接决定记录的物理地址。
没有顺序的特性。
散列文件具有很高的存取速度，但会引起冲突（不同关键字的散列函数值相同），可通过对应方法处理冲突。