超详细⼀篇搞定操作系统——⽂件管理
⽂章⽬录
5.1 ⽂件管理概述
⼀、⽂件管理基本功能
在现代计算机系统中，要⽤到⼤量的程序和数据，因容量有限，且不能长期保存，所以把它们以⽂件的形式存放在外存中，需要时再随时将它们调⼊内存。所以在操作系统中⼜增加了⽂件管理功能，即构成⼀个⽂件系统，负责管理在外存上的⽂件，并把对⽂件的存取、共享和保护等⼿段提供给⽤户。这不仅⽅便了⽤户，保证了⽂件的安全性，还可有效地提⾼系统资源的利⽤率。
在现代OS中，是通过⽂件系统来组织和管理在计算机中存储的⼤量程序和数据；即⽂件系统的管理功能，
是通过把它所管理的程序和数据组织成⼀系列⽂件的⽅法来实现的。
⽂件管理系统，简称⽂件系统。
⽂件系统 = ⽂件管理程序 + 它所管理的全部⽂件 + ⽂件管理所需的数据结构
⽂件管理五⼤功能（⽤户⾓度 + 系统⾓度）：
1）⽂件存储空间管理（即外存管理），分配与回收；
2）⽂件⽬录管理；
3）实现逻辑⽂件到物理⽂件的转换和映射；
4）实现对⽂件的各种控制操作和存取操作；
5）实现⽂件信息的共享，以及⽂件保密和保护措施。
⼆、⽂件系统中的⼀些概念
1、⽂件：简单说⽂件是指具有⽂件名的若⼲相关元素的集合。详细说⽂件是具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的⼀组相关信息项
的集合，保存在外存上并具有长期保存性。
2、⽂件系统的核⼼：是实现对⽂件的按名存取。
3、⽂件的属性：⽂件类型、长度、建⽴时间、存取控制等
4、⽂件的访问单位：位、字节、数据项、记录等
5、数据项：数据项是最低级的数据组织形式，分为两种：
1）基本数据项。这是⽤于描述⼀个对象的某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最⼩逻辑数据单位，即原⼦数据，⼜称为数据元素或字段。它的命名通常和其属性⼀致。例如，⽤于描述⼀个学⽣的基本数据项有学号、姓名、年龄、班级等。
2）组合数据项。它是由若⼲个基本数据项组成的，简称组项。例如，班长便是⼀个组项，它由正班长和副班长两个基本项组成。
⼜如，⼯资也是⼀个组项，它可由基本⼯资、绩效⼯资和补助组成。
基本数据项除了数据名外，还应有数据类型。因为基本项仅是描述某个对象的属性，根据属性的不同，需要⽤不同的数据类型来描述。
6、记录：记录是⼀组相关数据项的集合，⽤于描述⼀个对象在某⽅⾯的属性。⼀个记录应包含哪些数据项，取决于需要描述对象的哪些⽅⾯。⽽⼀个对象由于他所处的环境不同可把他作为不同的对象。
例如，⼀个14岁的青少年，把他作为⼀个学⽣时，对他的描述应使⽤学号、姓名、年龄、班级等数据项。但若把他作为⼀个医疗对象，对他描述的数据项应使⽤病例号、姓名、性别、⾝⾼、体重及病史等项。
在诸多记录中，为了能唯⼀的标识⼀个记录，必须在⼀个记录的各个数据项中，确定出⼀个或⼏个数据项，把它们的集合称为关键字（key）。或者说，关键字是唯⼀能标识⼀个记录的数据项。通常，只需⽤⼀个数据项作为关键字。
7、⽂件、记录和数据项之间的层次关系：
三、⽂件类型
根据不同⾓度，可以将⽂件划分为不同类别。
1、按性质和⽤途可分为：
1）系统⽂件：如内核，系统应⽤程序，数据；只允许⽤户执⾏，不能读写和修改。
2）库⽂件：只允许读和执⾏，如C⼦程序库。
3）⽤户⽂件：由⽤户建⽴的⽂件，如源程序、⽬标程序和数据⽂件等。只允许⽂件所有者和所有者授权⽤户使⽤。
2、按信息的保存期限可分为：
1）临时⽂件：即记有临时性信息的⽂件。⽤于系统在⼯作过程中产⽣的中间⽂件，⼀般有暂存的⽬录。正常⼯作情况下，⼯作完毕会⾃动删除，⼀旦有异常情况往往会残留不少临时⽂件。
2）永久性⽂件：其信息需要长期保存的⽂件。指⼀般受系统管理的各种系统和⽤户⽂件，经过安装或编辑、 编译⽣成的⽂件，存放在软盘、硬盘或光盘等外存上。
3）档案⽂件：系统或⼀些实⽤⼯具软件包在⼯作过程中记录在案的⽂档资料⽂件，以便查阅历史档案。
3、按⽂件中数据的形式可分为：
1）源⽂件：由源程序和数据构成的⽂件。通常由终端或输⼊设备输⼊的源程序和数据所形成的⽂件都属于源⽂件。
2）⽬标⽂件：把源程序经过相应语⾔的编译程序编译过，但尚未经过链接程序链接的⽬标代码所构成的⽂件。它属于⼆进制⽂件。通常，⽬标⽂件所使⽤的后缀名是“.obj”。
3）可执⾏⽂件：把编译后所产⽣的⽬标代码再经过链接程序链接后所形成的⽂件。
4、按存取控制属性可分为：
1）只执⾏⽂件：只允许被核准的⽤户调⽤执⾏，既不允许读，更不允许写。
2）只读⽂件：只允许⽂件主及被核准的⽤户去读，但不允许写。
3）读写⽂件：允许⽂件主和被核准的⽤户去读或写的⽂件。
4）⽆保护⽂件。
各个操作系统的保护⽅法和级别有所不同：DOS操作系统有系统、隐藏、可写三种保护；UNIX或Linux操作系统有九个级别的保护。
5、按⽂件的逻辑结构可分为：
1）有结构⽂件（记录式⽂件）：由若⼲个记录所构成的⽂件，如⼤量的数据结构和数据库。
2）⽆结构⽂件（流式⽂件）：直接由字符序列所构成的⽂件，⽂件长度为所含字符数。如⼤量的源程序，可执⾏程序，库函数。
6、按⽂件的物理结构可分为：
1）顺序⽂件（连续⽂件）：⽂件中的记录，顺序地存储到连续的物理盘块中，顺序⽂件中所记录的次序，与它们存储在物理介质上存放的次序是⼀致的。数据管理系统有哪些
2）链接⽂件：⽂件中的记录可存储在并不相邻接的各个物理块中，通过物理块中的链接指针组成⼀个链表管理。
3）索引⽂件：⽂件中的记录可存储在并不相邻接的各个物理块中，记录和物理块之间通过索引表项按关键字存取⽂件，通过物理块中的索引表管理，形成⼀个完整的⽂件。
4）Hash⽂件：通过散列函数实现存储的⽂件。
7、按⽂件的内容形式和系统处理⽅式可分为：
1）普通⽂件：由ASCII码或⼆进制码组成的⽂件。⼀般⽤户建⽴的源程序⽂件、数据⽂件、⽬标代码⽂件及操作系统⾃⾝代码⽂件、库⽂件等都是普通⽂件，它们通常存储在外存储设备上。
2）⽬录⽂件：由⽂件⽬录组成的，⽤来管理和实现⽂件系统功能的系统⽂件，通过⽬录⽂件可对其它⽂件的信息进⾏检索。⽬录⽂件也是由字符序列构成，可进⾏与普通⽂件⼀样的各种操作。
3）特殊⽂件（设备⽂件）：特指系统中的各类I/O设备。为了便于统⼀管理，系统将所有的输⼊/输出设备都视为⽂件，按⽂件⽅式提供给⽤户使⽤。
四、⽂件扩展名与⽂件属性
1、⽤户对⽂件是“按名存取”的。很多操作系统⽀持的⽂件名都由两部分构成：⽂件名和扩展名，⼆者间⽤圆点分开。
2、常⽤图像⽂件类型
BMP格式：Bitmap（位图），Windows操作系统中的标准图像⽂件格式，包含的图像信息较丰富，⼏乎不进⾏压缩，缺点是占⽤磁盘空间过⼤
GIF格式：图形交换格式，压缩⽐⾼，磁盘空间占⽤较少，⽀持简单2D动画
JPEG格式（扩展名为.jpg或.jpeg）：⾼度压缩，图像的颜⾊质量有所降低，设计师不会选⽤这种格式，
但报业⽤户使⽤的较多JPEG2000格式：与JPEG相⽐，它具备更⾼压缩率以及更多新功能的新⼀代静态影像压缩技术。
TIFF格式：是Mac中⼴泛使⽤的图像格式，特点是图像格式复杂、存贮信息多，⾮常有利于原稿的复制
PSD格式：Photoshop的专⽤格式，在Photoshop所⽀持的各种图像格式中，PSD的存取速度⽐其它格式快很多，功能也很强⼤PNG格式：PNG是⽬前最不失真的格式，汲取了GIF和JPG⼆者的优点，存贮形式丰富，能把图像⽂件压缩到极限，利于⽹络传输，⼜能保留与图像品质有关的信息，缺点是不⽀持动画应⽤效果
SWF格式：Flash制作出⼀种后缀名为SWF（Shockwave Format）的动画，适合⽹络传输，放⼤不失真
3、常⽤声⾳⽂件类型
CD格式：天籁之⾳，近似⽆损的，基本上是忠于原声，*.cda
WAV：⽆损的⾳乐，微软公司开发，WAV格式的声⾳⽂件质量和CD相差⽆⼏
MP3：流⾏的风尚，诞⽣于⼋⼗年代的德国，⽂件尺⼨⼩，⾳质好
MIDI：作曲家的最爱
WMA：最具实⼒的敌⼈，⾳质要强于MP3格式，更远胜于RA格式
4、常⽤视频⽂件类型
AVI格式：最清晰的、最常⽤的
DV-AVI格式：摄像机采集常⽤
MPEG格式：MPEG－1 、MPEG－2 、MPEG－4
DivX格式（DVDrip）
RM格式：⽤的少了
RMVB格式：⽐RM清晰些，⼀部⼤⼩为700MB左右的DVD影⽚，转录成同样视听品质的RMVB格式，最多也就400MB左右，具有内置字幕和⽆需外挂插件⽀持
5、⽂件属性：描述⽂件特征的属性
五、⽂件系统模型
⽂件系统模型：模型分为三个层次，最底层是对象及其属性说明；中间层是对对象进⾏操纵和管理的软件集合，最⾼层是⽂件系统提供给⽤户的外⽂件系统接⼝。
1、对象及其属性说明：⽂件管理系统管理的对象有三种
1）⽂件。⽂件管理的直接对象。
2）⽬录。为了⽅便⽤户对⽂件的存取和检索，在⽂件系统中必须配置⽬录，每个⽬录项中，必须含有⽂件名及该⽂件所在的物理地址（或指针）。对⽬录的组织和管理是⽅便⽤户和提⾼对⽂件存取速度的关键。
3）磁盘（磁带）存储空间。⽂件和⽬录要占⽤存储空间，对这部分空间的有效管理，不仅能提⾼外存的利⽤率，⽽且能提⾼对⽂件的存取速度。
2、对对象操纵和管理的软件集合：是⽂件管理系统的核⼼部分，⽂件系统的功能⼤多是在这⼀层实现的，包括：对⽂件存储空间的管理、对⽂件⽬录的管理、⽤于将⽂件的逻辑地址转换为物理地址的机制、对⽂件读和写的管理，以及对⽂件的共享与保护等功能。

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