操作系统精髓与设计原理-第12章-文件管理

第12章文件管理复习题：12.1、域和记录有什么不同？答：域（field）是基本数据单位。

一个域包含一个值。

记录（record）是一组相关的域的集合，它可以看做是应用程序的一个单元。

12.2、文件和数据库有什么不同？答：文件（file）是一组相似记录的集合，它被用户和应用程序看做是一个实体，并可以通过名字访问。

数据库（database）是一组相关的数据集合，它的本质特征是数据元素间存在着明确的关系，并且可供不同的应用程序使用。

12.3、什么是文件管理系统？答：文件管理系统是一组系统软件，为使用文件的用户和应用程序提供服务。

12.4、选择文件组织时的重要原则是什么？答：访问快速，易于修改，节约存储空间，维护简单，可靠性。

12.5、列出并简单定义五种文件组织。

答：堆是最简单的文件组织形式。

数据按它们到达的顺序被采集，每个记录由一串数据组成。

顺序文件是最常用的文件组织形式。

在这类文件中，每个记录都使用一种固定的格式。

所有记录都具有相同的长度，并且由相同数目、长度固定的域按特定的顺序组成。

由于每个域的长度和位置已知，因此只需要保存各个域的值，每个域的域名和长度是该文件结构的属性。

索引顺序文件保留了顺序文件的关键特征：记录按照关键域的顺序组织起来。

但它还增加了两个特征：用于支持随机访问的文件索引和溢出文件。

索引提供了快速接近目标记录的查找能力。

溢出文件类似于顺序文件中使用的日志文件，但是溢出文件中的记录可以根据它前面记录的指针进行定位。

索引文件：只能通过索引来访问记录。

其结果是对记录的放置位置不再有限制，只要至少有一个索引的指针指向这条记录即可。

此外，还可以使用长度可变的记录。

直接文件或散列文件：直接文件使用基于关键字的散列。

12.6、为什么在索引顺序文件中查找一个记录的平均搜索时间小于在顺序文件中的平均搜索时间？答：在顺序文件中，查找一个记录是按顺序检测每一个记录直到有一个包含符合条件的关键域值的记录被找到。

操作系统精髓与设计原理在我们日常使用电脑、手机等电子设备时，操作系统是那个默默工作但又至关重要的幕后英雄。

它管理着设备的硬件资源，为我们运行的各种应用程序提供了一个稳定、高效的环境。

那么，操作系统的精髓究竟是什么？它的设计原理又包含哪些关键要素呢？要理解操作系统的精髓，首先得明白它的核心任务——资源管理。

操作系统就像是一个大管家，负责合理地分配和调度计算机的各种资源，包括处理器、内存、存储设备、输入输出设备等等。

想象一下，如果没有操作系统来协调这些资源，各个程序就会像一群没有指挥的士兵，争抢有限的资源，导致整个系统陷入混乱。

以处理器资源为例，操作系统通过进程调度算法，决定哪个程序在什么时候获得处理器的使用权。

这样可以确保每个程序都能得到公平的机会运行，同时避免某个程序长时间独占处理器而导致其他程序无法响应。

常见的进程调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。

这些算法根据不同的需求和场景，权衡了公平性、响应时间和系统效率等因素。

内存管理也是操作系统的重要职责之一。

它要确保程序能够安全、高效地使用内存。

操作系统通过虚拟内存技术，让程序以为自己拥有了大片连续的内存空间，实际上是在物理内存和磁盘之间进行灵活的页面交换。

这样，即使物理内存有限，也能运行大型的程序。

同时，操作系统还负责内存的分配和回收，避免内存泄漏和碎片问题。

除了资源管理，操作系统还提供了一个抽象的接口，让用户和应用程序能够更方便地与硬件进行交互。

比如，我们不需要了解磁盘的具体读写机制，只需要通过操作系统提供的文件系统来进行文件的创建、读取和删除操作。

这种抽象化大大降低了使用计算机的难度，提高了开发效率。

在操作系统的设计原理中，并发和并行是两个关键概念。

并发是指多个程序在同一时间段内交替执行，而并行则是指多个程序在同一时刻同时执行。

操作系统通过进程和线程机制来实现并发和并行。

进程是程序的一次执行过程，而线程是进程中的执行单元。

通过合理地创建和管理进程和线程，操作系统能够充分利用多核处理器的优势，提高系统的性能。

操作系统原理与设计操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理和协调计算机硬件资源，为上层应用程序提供良好的运行环境。

本文将探讨操作系统的原理与设计。

一、操作系统的原理操作系统的原理涵盖了多个方面，包括进程管理、内存管理、文件系统和设备驱动等。

其中，进程管理是操作系统的核心之一。

1. 进程管理：操作系统通过进程管理实现对多个应用程序的并发执行。

当多个应用程序同时运行时，操作系统能够合理分配处理器时间，并保证每个应用程序都能够获得所需的计算资源。

进程管理还包括进程的创建、销毁和切换等操作，以及进程之间的通信和同步机制。

2. 内存管理：操作系统负责管理计算机的内存资源，为应用程序提供连续可用的内存空间。

内存管理涉及到内存的分配和释放，以及内存的保护和共享等问题。

操作系统通过虚拟内存技术将物理内存抽象成逻辑上的连续地址空间，为应用程序提供“假象”式的连续内存。

3. 文件系统：操作系统通过文件系统提供了对计算机存储介质的抽象和管理。

文件系统负责文件的创建、读写、删除等操作，并为应用程序提供文件的共享和权限控制等功能。

常见的文件系统包括FAT、NTFS、EXT等。

4. 设备驱动：操作系统通过设备驱动程序管理计算机的各种外部设备，包括显示器、键盘、鼠标、打印机等。

设备驱动程序能够与硬件设备进行交互，并提供统一接口给操作系统和应用程序调用。

二、操作系统的设计操作系统的设计考虑到多种因素，包括性能、可靠性、安全性和易用性等。

1. 性能：操作系统的设计必须充分考虑计算机系统的性能需求。

例如，合理的进程调度算法能够提高系统的响应速度和处理能力。

优化的内存管理算法能够提高内存的利用率和访问速度。

操作系统还可以利用多核处理器和并行计算等技术提高系统的并发性和计算能力。

2. 可靠性：操作系统的设计必须保证系统的稳定性和可靠性。

例如，操作系统需要具备故障恢复的能力，能够及时发现和处理软件和硬件故障。

操作系统还需要具备防止恶意软件和网络攻击的安全机制，确保系统不受到病毒和黑客的侵害。

操作系统中的文件管理原理文件管理是操作系统中非常重要的一部分，它负责处理计算机磁盘上存储的所有文件和目录以及它们的使用。

文件管理系统需要能够识别文件和目录，为它们提供唯一的标识符，并保持文件的安全，有效地组织文件，方便用户操作，以及保护文件的完整性和可用性。

文件系统结构文件系统在磁盘上存储文件和目录的结构，以便操作系统能够查找文件和目录以及让用户访问它们。

文件系统可以组成不同的层次，每个层次都有不同的文件和目录。

文件系统树中的每个节点都表示一个目录或文件，也称为“目录项”。

文件和目录名文件和目录名是文件系统中保留的名称，以唯一区别文件和目录。

文件名中包括文件名和扩展名，而目录名只包括目录名。

文件名和目录名通常由操作系统限制长度。

文件的访问文件系统为用户提供了访问文件内容的方法。

操作系统支持多种访问文件的方式，包括顺序访问、随机访问和直接访问。

顺序访问依次读取文件中的内容。

随机访问允许用户跳过文件中的特定部分。

直接访问可以直接访问文件的任何部分，而不是必须按顺序或随机读取。

文件锁文件锁定是为了确保多个进程或多个用户同时访问同一文件安全。

文件锁定可用于保护共享文件免受破坏、损坏或丢失的风险。

在锁定某个文件时，只有一个进程或用户可以访问文件，避免了文件的冲突和混乱。

文件类型不同类型的文件有不同的块大小、范围和计数。

操作系统支持不同的文件类型，包括常规文本文件、二进制文件、目录文件、链接文件等等。

每个文件类型都有其特定的文件结构和特征。

文件保护文件系统必须确保文件被保护，以确保不被未授权的访问、修改或删除。

常用的技术包括密码保护、访问权限管理、加密以及日志记录等等。

文件处理的步骤文件处理包括创建、打开、读取、写入、关闭、删除文件等等。

在处理文件的过程中，操作系统按照以下步骤：1.检查文件系统以确认指定的文件是否存在；2.验证是否允许用户对文件进行所需的操作；3.为文件保持适当的文件名和唯一标识符；4.验证文件是否已经被打开；5.将文件中的内容加载到内存中以进行读取或修改；6.完成读取或修改后，将内容保存到磁盘上；7.关闭文件并释放文件的资源。

第十一章 I/O管理和磁盘调度复习题11.1列出并简单定义执行I/O的三种技术。

·可编程I/O：处理器代表进程给I/O模块发送给一个I/O命令，该进程进入忙等待，等待操作的完成，然后才可以继续执行。

·中断驱动I/O：处理器代表进程向I/O模块发送一个I/O命令，然后继续执行后续指令，当I/O模块完成工作后，处理器被该模块中断。

如果该进程不需要等待I/O完成，则后续指令可以仍是该进程中的指令，否则，该进程在这个中断上被挂起，处理器执行其他工作。

·直接存储器访问（DMA）：一个DMA模块控制主存和I/O模块之间的数据交换。

为传送一块数据，处理器给DMA模块发送请求，只有当整个数据块传送完成后，处理器才被中断。

11.2逻辑I/O和设备I/O有什么区别？·逻辑I/O：逻辑I/O模块把设备当作一个逻辑资源来处理，它并不关心实际控制设备的细节。

逻辑I/O模块代表用户进程管理的一般I/O功能，允许它们根据设备标识符以及诸如打开、关闭、读、写之类的简单命令与设备打交道。

·设备I/O：请求的操作和数据（缓冲的数据、记录等）被转换成适当的I/O指令序列、通道命令和控制器命令。

可以使用缓冲技术，以提高使用率。

11.3面向块的设备和面向流的设备有什么区别？请举例说明。

面向块的设备将信息保存在块中，块的大小通常是固定的，传输过程中一次传送一块。

通常可以通过块号访问数据。

磁盘和磁带都是面向块的设备。

面向流的设备以字节流的方式输入输出数据，其末使用块结构。

终端、打印机通信端口、鼠标和其他指示设备以及大多数非辅存的其他设备，都属于面向流的设备。

11.4为什么希望用双缓冲区而不是单缓冲区来提高I/O的性能？双缓冲允许两个操作并行处理，而不是依次处理。

典型的，在一个进程往一个缓冲区中传送数据（从这个缓冲区中取数据）的同时，操作系统正在清空（或者填充）另一个缓冲区。

11.5在磁盘读或写时有哪些延迟因素？寻道时间，旋转延迟，传送时间11.6简单定义图11.7中描述的磁盘调度策略。

第1章计算机系统概述1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。

主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。

1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。

用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。

对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。

一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。

控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。

1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。

处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。

数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。

控制：某些指令可以改变执行顺序。

1.4 什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。

1.5 多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。

第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。

第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。

1.6 存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。

1.7 什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。

1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。

可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。

中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O 模块中断。

操作系统精髓与设计原理课后答案第1章计算机系统概述1.1列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。

主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。

1.2定义处理器寄存器的两种主要类别。

用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。

对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。

一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。

控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。

1.3一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器-寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。

处理器—I/O:通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。

数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。

控制：某些指令可以改变执行顺序。

1.4什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。

1.5多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。

第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。

第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。

1.6内存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。

1.7什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。

1.8列出并简要地定义I/O操作的三种技术。

可编程I/O :当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O 模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。

中断驱动I/O:当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O 模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。

操作系统精髓与设计原理操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它承担着管理和控制计算机硬件资源的重要任务。

操作系统的设计原理直接影响着计算机系统的性能、稳定性和安全性。

本文将从操作系统的精髓和设计原理两个方面进行探讨，希望能够为读者提供一些深入的理解和启发。

首先，我们来谈谈操作系统的精髓。

操作系统的核心功能包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理和用户接口等。

其中，进程管理是操作系统的基础，它负责对进程的创建、调度、同步和通信进行管理，保证系统资源的有效利用和进程的正常运行。

内存管理则关乎着系统的性能和稳定性，它需要对内存空间进行分配、回收和保护，避免出现内存泄漏和内存溢出的情况。

文件系统则是操作系统与外部存储设备进行交互的接口，它需要对文件进行管理、存储和检索，保证数据的安全和完整性。

设备管理负责对计算机的硬件设备进行管理和控制，包括输入输出设备、网络设备等，它需要提供统一的接口和管理机制，使得应用程序能够方便地与硬件设备进行交互。

用户接口则是操作系统与用户进行交互的方式，它需要提供友好、直观的界面，使得用户能够方便地使用计算机系统。

其次，我们来探讨操作系统的设计原理。

操作系统的设计原理包括了并发、共享、虚拟和异步等几个重要概念。

并发是指系统中存在多个独立的活动，并且这些活动可能同时进行，操作系统需要提供合适的机制来管理这些并发活动，保证它们能够正确、有效地运行。

共享是指系统中的资源可以被多个活动共同使用，操作系统需要提供合适的机制来保证资源的公平分配和合理利用。

虚拟是指操作系统需要对硬件资源进行抽象和虚拟化，使得应用程序能够独立于硬件进行开发和运行。

异步是指系统中的活动是相互独立、不可预测的，操作系统需要提供合适的机制来处理这种不确定性，保证系统的可靠性和稳定性。

在操作系统的设计中，需要考虑到这些原理，并且合理地应用它们，以满足系统的性能、稳定性和安全性要求。

同时，操作系统的设计也需要考虑到实际的应用场景和需求，保证系统能够满足用户的实际需求。

操作系统精髓与设计原理课后答案第1章计算机系统概述1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。

主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。

1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。

用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。

对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。

一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。

控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。

1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。

处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。

数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。

控制：某些指令可以改变执行顺序。

1.4 什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。

1.5 多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。

第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。

第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。

1.6 内存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。

1.7 什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。

1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。

可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。

中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。

File ManagementChapter 12Chapter121File ManagementFile Management•File management system consists of Fil i f system utility programs that run as privileged applications•Input to applications is by means of a Input to applications is by means of a file•Output is saved in a file for long-term storage g2File System PropertiesFile System Properties •Long-term existenceL ip•Sharable between processes •Structure3File OperationsFile Operations •CreateC•Delete•Open•Close•Read•Write4Terms Used with FilesTerms Used with Files •FieldFi ld–Basic element of data–Contains a single value–Characterized by its length and data typeCharacterized by its length and data type •Record–Collection of related fields–Treated as a unit•Example: employee record5Terms Used with FilesTerms Used with Files •FileFil–Collection of similar records–Treated as a single entity–Have file namesHave file names–May restrict access•Database–Collection of related data–Relationships exist among elements6Typical OperationsTypical Operations •Retrieve_AllR t i All•Retrieve_One•Retrieve_Next•Retrieve_PreviousRetrieve Previous•Insert_One•Delete_One•Update Onep_•Retrieve_Few7File Management Systems File Management Systems •The way a user of application mayTh f li iaccess files•Programmer does not need to develop file management softwarefile management software8File Management System•Meet the data management needs and M h d d d requirements of the user•Guarantee that the data in the file are valid•Optimize performance•Provide I/O support for a variety of storage device typesstorage device types9File Management System•Minimize or eliminate the potential for Mi i i li i h i l f lost or destroyed data•Provide a standardized set of I/O interface routinesinterface routines•Provide I/O support for multiple users10Minimal Set of Requirements Minimal Set of Requirements •Each user should be able to create,E h h ld b bl t t delete, read, write and modify files•Each user may have controlled access to other users’ files•Each user may control what type of accesses are allowed to the users’files accesses are allowed to the users files•Each user should be able to restructure the user s files in a form appropriate to the user’s files in a form appropriate tothe problem11Minimal Set of Requirements Minimal Set of Requirements •Each user should be able to move data E h h ld b bl dbetween files•Each user should be able to back up andrecover the user s files in case of recover the user’s files in case ofdamage•Each user should be able to access they g yuser’s files by using symbolic names1213Device DriversDevice Drivers •Lowest levelL l ly p p •Communicates directly with peripheral devices•Responsible for starting I/O operations R ibl f t ti I/O tion a device•Processes the completion of an I/O request14Basic File SystemBasic File System •Physical I/OPh i l I/Og g•Deals with exchanging blocks of data •Concerned with the placement of blocks •Concerned with buffering blocks in main memory y15Basic I/O SupervisorBasic I/O Supervisor •Responsible for file I/O initiation and R ibl f fil I/O i i i i d termination•Control structures are maintained •Concerned with selection of the device C d ith l ti f th d i on which file I/O is to be performed •Concerned with scheduling access to optimize performanceoptimize performance•Part of the operating system16Logical I/OLogical I/O•Enables users and applications to access E bl d li irecords•Provides general-purpose record I/O capability•Maintains basic data about file17Access MethodAccess Method •Reflect different file structuresR fl diff fily p •Different ways to access and process data1819File Management Functions File Management Functions •Identify and locate a selected fileId if d l l d fily•Use a directory to describe the location of all files plus their attributes•On a shared system describe user access O h d t d ibcontrol•Blocking for access to files•Allocate files to free blocksAllocate files to free blocks •Manage free storage for available blocks20Criteria for File Organization Criteria for File Organization •Short access timeSh i–Needed when accessing a single record–Not needed for batch mode•Ease of updateEase of update–File on CD-ROM will not be updated, so hi ithis is not a concern21Criteria for File Organization Criteria for File Organization •Economy of storageE f–Should be minimum redundancy in the data –Redundancy can be used to speed accesssuc s desuch as an index•Simple maintenance•Reliability22File OrganizationFile Organization•The PileTh Pil–Data are collected in the order they arrive–Purpose is to accumulate a mass of data ands vesave it–Records may have different fields–No structureNo str ct re–Record access is by exhaustive search23Pile24File OrganizationFile Organization•The Sequential FileTh S i l Fil–Fixed format used for records–Records are the same length–All fields the same (order and length)All fields the same(order and length)–Field names and lengths are attributes of thefile–One field is the key filed•Uniquely identifies the record•Records are stored in key sequence25File OrganizationFile Organization•The Sequential FileTh S i l Fil–New records are placed in a log file ortransaction filec upde s pe o ed o e ge e og–Batch update is performed to merge the logfile with the master file26Sequential File Sequential File27File OrganizationFile Organization •Indexed Sequential FileI d d S i l Fil–Index provides a lookup capability toquickly reach the vicinity of the desiredrecord•Contains key field and a pointer to the main fileg y•Indexed is searched to find highest key valuethat is equal to or precedes the desired key value•Search continues in the main file at the locationindicated by the pointer28File OrganizationFile Organization •Comparison of sequential and indexed C i f i l d i d d sequential–Example: a file contains 1 million recordsOn average 500,00 accesses are required to –On average50000accesses are required tofind a record in a sequential file–If an index contains 1000 entries, it willIf an index contains1000entries it willtake on average 500 accesses to find thekey followed by500accesses in the mainkey, followed by 500 accesses in the mainfile. Now on average it is 1000 accesses29File OrganizationFile Organization •Indexed Sequential FileI d d S i l Fil–New records are added to an overflow file–Record in main file that precedes it isupd ed o co po e o e ewupdated to contain a pointer to the newrecordThe overflow is merged with the main file –The overflow is merged with the main fileduring a batch updateM ltiple inde es for the same ke field can –Multiple indexes for the same key field canbe set up to increase efficiency30Indexed Sequential File Indexed Sequential File31File OrganizationFile Organization •Indexed FileI d d Fil–Uses multiple indexes for different keyfieldsy co e us ve de–May contain an exhaustive index thatcontains one entry for every record in themain file–May contain a partial index32Indexed File Indexed File33File OrganizationFile Organization•The Direct or Hashed FileTh Di H h d Fil–Directly access a block at a known address –Key field required for each record3435File DirectoriesFile Directories •Contains information about filesC i i f i b fil–Attributes–Location–Ownership•Directory itself is a file owned by the operating systemProvides mapping between file names •Provides mapping between file names and the files themselves36Simple Structure for aDirectory•List of entries, one for each fileLi f i f h filq•Sequential file with the name of the file serving as the key•Provides no help in organizing the files P id h l i i i th fil •Forces user to be careful not to use the same name for two different files37383940Two-level Scheme for aDirectory•One directory for each user and a masterO di t f h d t directory•Master directory contains entry for each user –Provides address and access control information •Each user directory is a simple list of files for that user•Still provides no help in structuring collections of filesof files41Hierarchical, or Tree-Structured Directory•Master directory with user directories M di i h di i underneath it•Each user directory may have subdirectories and files as entries subdirectories and files as entries424344Structured Directory •Files can be located by following a path Fil b l d b f ll i hfrom the root, or master, directory downvarious branchesThis is the pathname for the file–This is the pathname for the file•Can have several files with the same filename as long as they have unique pathl th h i thnames45Structured Directory •Current directory is the workingC di i h ki directory•Files are referenced relative to the working directoryworking directory46File SharingFile Sharing•In multiuser system, allow files to be I l i ll fil b shared among users•Two issues–Access rightsAccess rights–Management of simultaneous access47Access RightsAccess Rights•NoneN–User may not know of the existence of thefileUse s o owed o e d e use–User is not allowed to read the userdirectory that includes the file •Knowledge–User can only determine that the file existsd h i iand who its owner is48Access RightsAccess Rights •ExecutionE i–The user can load and execute a programbut cannot copy it•Reading–The user can read the file for any purpose,including copying and executionincluding copying and execution •Appending–The user can add data to the file but cannotmodify or delete any of the file’s contentsy y49Access RightsAccess Rights •UpdatingU d ti–The user can modify, deleted, and add to thefile’s data. This includes creating the file,fil’d t Thi i l d ti th filrewriting it, and removing all or part of thedata•Changing protection–User can change access rights granted toother users•Deletion–User can delete the file50。

操作系统原理５——⽂件管理本章的考核知识点：1、⽂件和⽂件名；2、⽂件的存储介质；3、⽂件的存取⽅法；4、⽂件⽬录；5、⽂件的逻辑结构；6、⽂件的物理结构；7、记录的组成与分解；8、存储空间的分配与回收；9、⽂件操作；10、⽂件的保护与保密。

本章⾃学要求：⽂件管理必须对⽤户按名存取功能，要求考⽣理解为实现按名存取⽂件管理应该做哪些⼯作；⽂件管理怎样管理⽤户信息的存储和检索、怎样实现⽂件的保护和保密；⽂件操作的作⽤以及⽤户如何使⽤⽂件操作。

重点是：逻辑⽂件与物理⽂件间的转换；⽂件⽬录操作的作⽤及使⽤。

⼀、⽂件和⽂件名（识记） ⽂件和⽂件名：在计算机系统中，把逻辑上具有完整意义的信息集合称为“⽂件”，每个⽂件都要⽤⼀个名字作标识，称为“⽂件名”。

⽂件可以按各种⽅法进⾏分类：按⽤途　系统⽂件、库⽂件、⽤户⽂件　按保护级别　可执⾏⽂件、只读⽂件、读写⽂件　按信息流向　输⼊⽂件、输出⽂件、输⼊输出⽂件　按存放时限　临时⽂件、永久⽂件、档案⽂件　按设备类型　磁盘⽂件、磁带⽂件、卡⽚⽂件、打印⽂件　按⽂件组织结构　逻辑⽂件、物理⽂件（顺序⽂件、链接⽂件、索引⽂件）　 ⼆、⽂件存储介质（领会） 1、存储介质不等于存储设备，它是指⽤来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘⽚、卡⽚等。

使⽤它们要通过相应的存储设备。

2、存储介质的物理单位定义为“ 卷 ”。

⽂件与卷的关系（存在卷中）可以是⼀对⼀也可以是⼀对多或多对⼀。

3、存储介质上连续信息所组成的⼀个区域称为“ 块 ”（物理记录）,,,块是存储设备与主存之间进⾏信息交换的物理单位。

4、磁盘的结构：磁盘格式化时盘⾯存储空间划分扇区，每个扇区中各磁道都有相同长度的连续信息区，每个区就是磁盘上的块 . 三、⽂件的存取⽅式（领会） ⽂件的存取⽅式有顺序存取和随机存取两种。

磁带上的⽂件只能顺序存取，磁盘上的⽂件既可采⽤顺序⽅式也可⽤随机⽅式存取。

四、⽂件⽬录（简单应⽤） 1、⽂件⽬录的主要内容和作⽤：⽂件⽬录由若⼲⽬录项组成，每个⽬录项记录⼀个⽂件的有关信息。

操作系统的原理与设计操作系统是计算机系统中最为核心的软件之一，它承担着管理计算机硬件资源和提供用户与计算机之间的接口的重要任务。

本文将介绍操作系统的原理与设计，并探讨其在计算机系统中的作用。

一、操作系统的定义和功能操作系统是一种控制和管理计算机硬件和软件资源的系统软件。

它在计算机系统中起到了多个重要功能，包括：1. 资源管理：操作系统负责管理计算机的硬件资源，如中央处理器(CPU)、内存、磁盘、网络等，以提供给用户和应用程序使用。

它通过分配资源、调度任务和控制访问等方式，实现资源的高效利用。

2. 进程管理：操作系统将任务划分为多个进程，并负责进程的创建、调度和终止等操作。

它确保各个进程按照一定的优先级和调度算法有序地执行，实现多任务的并发执行。

3. 内存管理：操作系统负责管理计算机的内存空间，包括内存分配和回收、内存保护和虚拟内存等功能。

它确保不同进程之间的内存空间隔离，并在有限的内存资源下提供更大的地址空间。

4. 文件系统：操作系统将硬盘等存储介质组织为文件系统，实现对文件的管理和存取。

它提供了文件的逻辑结构和物理结构的映射，确保用户和应用程序能够方便地读写文件。

5. 设备管理：操作系统管理计算机的各种输入输出设备，包括键盘、鼠标、打印机、显示器等。

它负责设备的分配、调度和控制，以确保设备的高效使用和用户程序的正确运行。

二、操作系统的设计原理操作系统的设计需要考虑多个方面的因素，包括：1. 封装：操作系统通过封装底层硬件和软件资源，提供简洁的接口供用户和应用程序使用。

这种封装能够隐藏底层的复杂性，提高系统的易用性和可维护性。

2. 中断处理：操作系统需要能够及时响应硬件设备的中断请求，并进行适当的处理。

中断处理机制可以保证不同设备之间的并发性，提高计算机系统的响应速度。

3. 进程管理：操作系统采用进程管理机制将任务划分为多个进程，并通过调度算法实现进程的有序执行。

这种机制能够提高计算机系统的并发性和吞吐量。