OS2013_UNIT8文件与文件系统.ppt

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OS2013_UNIT8文件与文件系统课件

Unit 8 文件与文件系统 内容  ●文件管理的对象  ●文件  ●文件系统    §1 文件管理的对象    计算机系统的重要作用之一就是能够存储并处理大量的各种各样的数据,由于内存容量有限且不能持久保存数据,故而平时总是把各种数据以“文件”的形式存放在大容量的且可持久保存数据的磁盘等外存介质中,需要时再随时将它们调入内存由CPU进行处理。因此,除了CPU和内存之外,外存(特别是高速的磁盘)也是现代计算机系统的关键资源,对外存资源的管理当然也是操作系统的核心管理功能之一。    我们说,操作系统就像一个魔术师,他将计算机系统中的所有硬件资源变幻成了用户容易理解且使用方便的各种抽象,使得用户根本无需了解这些资源的复杂且繁琐的内部物理细节。正如进程和线程抽象的是CPU,虚存抽象  的是内存,那么,对外存的抽象是什么呢?操作系统对外存的抽象就是文件系统。所以,文件系统的管理(也称文件管理)的对象就是外部存储器。    磁盘是最常用也是最重要的外存介质,本课程讨论的文件管理主要是针对磁盘。其他外存介质(磁带、光盘)的管理与磁盘管理非常类似,同学们可以很容易地推断或理解。    由于文件系统是磁盘存储器的抽象,不了解磁盘,就很难深刻理解文件系统。但本课程是介绍操作系统原理的,这里只是对磁盘进行一个简要的介绍,点到为止。    那么什么是磁盘呢?通俗地讲,磁盘就是形状像圆盘的磁性存储介质,具有持久存储特性。    一块磁盘实际上并不只有一张盘片,而是由多张盘片组成,每张盘片的正反两面皆可以存储数据。每个盘面上都配有一个读写磁头,而所有的读写磁头连在一跟共享的磁臂上。当磁臂运动时,所有的磁头均做相同的运动。盘片则以常速不停地旋转,旋转速度通常为每分钟3500转到10000转,即大约每6ms到17ms旋转一圈。图8-1给出的是将硬盘外壳切开一块所看到的结构。    二进制信息记录在磁盘表面上,由磁头进行读写。一般,每个盘面对应一个磁头,该磁头由少量的空气垫层浮起,悬浮在盘面上方约几个微米的高度。磁头在盘面上的移动操作由一个“伺服机构”负责控制。磁头可以在6~17 ms的时间内遍历磁盘的整个活动区域,这个时间    与磁盘旋转一圈的时间一样。不管一个磁盘驱动系统有多少个读写磁头、多少磁道,或多少盘面,在任何时候只能有一个磁头处于活动状态。    磁表面由若干同心圆组成,称为磁道,最外一条磁道为0号磁道。不同盘面上的相同磁道构成一个柱面,并被赋予一个柱面号,也就是磁道号。    每条磁道又等分为若干扇区,扇区是磁盘存储信息的最小物理单位,也是磁盘I/O的最小单位,当前的扇区容量通常为1KB~4KB。通常说的“盘块”就是指扇区。    除此之外,一块磁盘还含有信号界面电子系统。通过这些电路和电子系统,得以将系统用户与系统的运作原理隔离开来。例如,对于一个磁盘驱动器用户来说,他无需  了解磁性表面上数据字位的读写操作是如何完成的。现代的磁盘都带有一个微控制器,如IDE磁盘。这种磁盘提供较为复杂的功能,如纠错、数据分拆与组装、磁盘调度等。也有的磁盘非常简单,仅仅提供字位流的读写,而其他复杂的功能则交给集成在计算机主板上的设备控制器来做。     磁盘的存储容量= 磁道数×扇区数×扇区容量 ×盘面数    因此,一个盘块的物理地址由三个参数唯一确定,即盘块的物理地址是个三维地址:     (柱面号,盘面号,盘块号)  即     (磁道号,磁头号,扇区号)    当今硬磁盘的容量已经达到了TB级(1TB=1000GB),数据传送速度可达3GB/s以上。     §2 文件  ◆什么是文件  ◆文件控制块  ◆文件类型   2.1 什么是文件    一个文件(file)是可长久保存数据并可按名访问的一个磁盘(外存)存储单元。    我们知道,在程序设计中变量是内存存储单元的抽象。内存单元的基本单位是字节,变量名其实就是内存单元的地址,也就是该内存单元首字节的物理编号。内存单元的大小(所占字节数)由变量的数据类型所确定,例如,字符型变量是个单字节内存单元,整型变量是个4字节内存单元等。变量值就是存放在该内存单元里的数据。    文件则是操作系统对磁盘存储单元的抽象。磁盘单元的基本单位是扇区(也称盘块),文件名就是磁盘单元的地址,它被映射成磁盘单元的物理地址(由柱面号、磁头号及扇区号构成的三维地址)。    与变量不同的是:    通常变量对应的内存单元的大小由数据类型确定而且是不变的;而文件对应的磁盘单元的大小是不确定的和可变的,一个文件可包含一个或多个盘块,而且在文件的使用过程中,文件可动态地增长和缩小。    文件与变量不同的另一点是:变量是属于进程的,变量是在进程运行中建立的,一旦该进程运

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