六、目录管理

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文件控制块—FCB

·为了能对一个文件进行正确的存取，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，称之为“文件控制块”（FCB）

··文件与文件控制块一一对应

··记录文件名及其存放地址、文件的说明和控制信息。（是谁？在哪里？什么权？）

··文件管理程序借助于文件控制块中的信息对文件施以各种操作。

                   把文件控制块的有序集合称为文件目录，即一个文件控制块就是一个目录项。通常一个文件目录也被看作是一个文件，称为目录文件。

 

 

5、目录管理

对文件实施有效的管理，必须对它们加以妥善组织，主要是两大操作：

·基本信息记录(FCB,目录项)

·方便检索、管理（目录操作）

目录管理的要求如下：

实现“按名存取”；（最基本功能）

提高对目录的检索速度；

文件共享；

允许文件重名。

 

1）FCB内容

在文件控制块中，通常含有以下三类信息：

1.基本信息类

包括文件名，文件物理位置，文件逻辑结构，文件的物理结构。

2.存取控制信息类

包括文件主的存取权限，核准用户的存取权限和一般用户的存取权限。

3.使用信息类

建立日期和时间、文件上次修改的日期和时间

当前使用信息：打开该文件的进程数、是否被进程锁住、是否已修改等。

 

对于连续文件：文件起始块号；

对于链接文件：指向第一个物理块的指针；

对于索引文件：索引表地址。

 

 

2）索引结点

索引结点的引入

·文件目录占越大量的盘块，需进行的磁盘读写开销越大。减少实际检索的信息量就减少移动磁头的开销，提高速度；

·目录一般是按名检索。而直到找到正确文件前，只关心文件名，不需要其它的文件描述信息，目录中这部分内容的调入不是必须的。

·所以：将文件名、文件具体信息分开，使文件描述信息单独形成一个索引结点。

 

索引结点由外存到内存的过程中有不同的形式：

    磁盘索引结点

    内存索引结点

 

3）目录结构

·目录结构的组织，关系到文件系统的存取速度，也关系到文件的共享性和安全性。

·组织好文件的目录，是设计好文件系统的重要环节。

·目前常用的目录结构形式有

单级目录

两级目录

多级目录

①单级目录结构

·最简单的目录结构。

·整个文件系统中只建立一张目录表，每个文件一个目录项，含有文件相关信息。

每建立一个新文件：

先检索所有的目录项，保证文件名唯一。

获得一空白目录项，填入相关信息，修改状态位（表明每个目录项是否空闲）。

删除一个文件：

找到对应目录项，回收文件所占用空间

清除目录项

 

优点：简单、能实现目录管理的基本功能——按名存取。

 

缺点：

文件检索时需搜遍整个目录文件，范围大速度慢。

不允许重名。名字过多难于记忆，对于多用户环境重名难以避免。

不便于实现文件共享（因为不能重名，不同用户使用的共享文件必须不同名字，标识哪些用户共享文件也不方便），一般只适用单机环境。

 

②两级目录结构

为每一个用户建立一个单独的用户文件目录UFD，UFD由用户所有文件的文件控制块组成。

 

系统建立一个主文件目录MFD， MFD中每个用户目录文件都占有一个目录项，其中包括用户名和指向UFD的指针。

 

 

 

两级目录的特点

·基本克服了单级目录的缺点，并具有以下优点：

1·提高了检索目录的速度。

2·在不同的目录中可重名。

3·不同用户还可以使用相同/不同的文件名来访问系统中的同一个共享文件。

·不提供子目录操作，还不方便；各用户之间被完全隔离的话用户访问其他用户文件时，不方便合作。

 

③多级目录结构

·适用于较大的文件系统管理。又称为树状目录(tree-like)

·在文件数目较多时，便于系统和用户将文件分散管理。

层次结构更清晰、提供更灵活的权限管理等

但目录级别太多时也会增加路径检索层次，增加磁盘访问时间。

 

 

 

相关名词：

·目录结构

主目录称为根目录，数据文件为树叶，其它目录为结点。多级目录缩小检索范围提高检索速度和文件系统的性能。

·路径名

从根目录到任何数据文件都只有一条唯一通路。目录文件名和数据文件名依次用“/”连接起来，即构成数据文件的路径名。

·当前目录

·为每个进程设置一个“当前目录”，又称“工作目录”。

·从当前目录开始，逐级经过中间的目录文件，最后达到要访问的数据文件。这一路径上的目录和数据文件名用“/”连接成路径名，称为相对路径名。

·从根开始的路径名称为绝对路径名

 

4）目录查询技术

 

线性检索法

·又称为顺序检索法。

·单级目录中

用户提供文件名，顺序查找文件目录。

·树型目录中

用户提供路径名，如/user/ast/mbox

对多级目录进行逐层查找。

 

6、文件共享与保护

1）文件共享

多个用户共享一份文件，只保留文件的一份副本，节约存储空间

共享方式：

索引结点

符号链

①索引结点法

基本FCB法：

·名+详细信息。

·直接在文件目录中包含文件的物理地址，该方法实现的共享不适用文件动态变化。一个用户对文件的修改（如物理块号增加），对其他用户不可见，共享文件的FCB信息记录同步更新困难。

文件名+索引结点指针。

·一个用户修改指针指向地址里的内容，指针不变，其他用户通过指针总能感知索引结点中的最新内容

·索引结点中增加count计数

·主人删除操作问题：

删，共享用户访问错误；不删，计费问题。

 

②符号链法

·创建一个link类型的文件：“文件名+共享文件路径”（类似快捷方式）

·文件主人删除文件，共享者只会出现找不到文件错误。不会发生共享文件删除后出现悬空指针的情况。

·该方法适用于网络文件共享，但根据路径检索共享文件的目标位置增加了访问开销，link文件独占索引结点也耗费一定的空间。

无论哪种共享，链接就对应一个文件，如果遍历复制整个目录内的文件，可能会从多条路径对共享文件进行多次访问

 

2）磁盘容错

SFT

·防止磁盘故障造成的文件不安全

·SFT I:磁盘表面故障

双目录、双文件分配表（空间冗余）

写后读校验、热修复重定向（时间操作冗余）

写入磁盘后再读回内存做一致性校验

热修复写过程：从坏道重定向到专区并记录

·SFT II：磁盘驱动器、控制器故障

驱动器故障：磁盘镜像

控制器故障：磁盘双工——并行控制器，分离搜索加快读取

 

SFT III：高级容错技术

双机热备份

双机互备份

公用磁盘模式

 

 

 

要点问答

1·存放在磁盘上的文件访问顺序如何：既可随机访问，又可顺序访问。

2·操作系统中对信息进行管理的部分叫：文件系统。

3·文件系统是：文件、管理文件的软件及数据结构的总体。

4·从用户角度看，文件系统的主要目的是：实现对文件的按名存取。

5·按文件的逻辑结构将文件分为两大类：记录式文件和流式文件。

6使用位示图（20行、30列）表示空闲盘块状态。当分配的盘块号为132号时，其在位示图中的行、列数为（行为0-19、列为0-29，首盘块号为1） 4、11。当释放的盘块号为318时，其在位示图中的行、列数为：B=i*30+j+1;         b-1=i*30+j

i=b-1 div 30=10； mod= j=17

7·为了解决不同用户的文件“命名冲突”问题，通常在文件系统中采用：多级目录结构。

8·按物理结构划分，文件主要有三类：顺序文件、链接文件、索引文件。

9·操作系统实现按名存取的关键在于：解决文件名与文件存储地址的转换。