操作系统第5章辅导与自测.docx
《操作系统第5章辅导与自测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统第5章辅导与自测.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
操作系统第5章辅导与自测
第5章文件系统辅导与自测
5.1本章知识点
操作系统管理的资源有硬资源和软资源，软资源的一个重要方面指的是文件。
我们的程序和数据等都要以文件的形式存放在系统中，所以文件系统与用户的关系也最为密切。
操作系统通过管理多种存储设备来执行抽象的文件概念。
由于计算机系统需要处理的信息量太大，不可能把所有的信息全部保存到内存中，而往往将其中的绝大部分保存在外存，通常是保存在磁盘中，只有那些相对稳定（即不经常使用与修改）的信息才保存在磁带中。
然而，在多用户系统中，既要保证各用户的信息存放位置不冲突，又要防止任一用户大量占用外存空间而不使用；既要保证用户的信息不被非法窃取或破坏，又要允许在许可的情况下多个用户共享。
显然，这一切都是单个用户无法胜任的，需要有一个公共的管理机构来负责统一使用外存空间，管理外存空间的信息，这就引入了文件系统。
本章的主要知识点为：
（1）文件分类
文件是被命名的数据的集合体，是由操作系统定义和实施管理的抽象数据类型。
可以从不同的角度来划分文件的类型：
按用途分为：
系统文件、库文件、用户文件；
按文件中的数据形式分为：
源文件、目标文件、可执行文件；
按存取权限分为：
只读文件、读写文件、可执行文件；
按保存时间分为：
临时文件、永久文件；
在UNIX/Linux和MS-DOS系统中，文件分为普通文件、目录文件和特殊文件。
而普通文件又分为ASCII文件和二进制文件两种。
不同的文件系统对文件的命名规则是不同的，通常由文件名和扩展名（即后缀）组成。
一般利用扩展名可区分文件的属性。
（2）文件系统的功能
文件系统是操作系统中负责操纵和管理文件的一整套机制，它实现文件的共享和保护，方便用户“按名存取”。
文件系统为用户提供了存取简便、格式统一、安全可靠的管理各种文件信息的方法。
一般说来，文件系统应具备以下功能：
文件管理（如创建/删除文件，对文件的各种操作等）、目录管理（创建/删除目录项，权限验证等）、文件存储空间的管理（如外存空间的分配与回收）、文件的共享和保护以及提供方便的对外接口（如实现按名存取，文件系统调用等）。
（3）文件的逻辑组织和物理组织
从用户观点出发所见到的文件组织形式称为文件的逻辑组织。
文件的逻辑组织离不开文件的实际物理结构，同时又与文件的存取方法有关。
系统设计人员看待文件时要考虑文件具体在存储设备中如何放置、如何组织目录、如何实现存取等细节，这与存储介质的存储性能有关。
文件在存储设备上的组织形式称为文件的物理组织。
文件的逻辑组织有两种形式：
有结构文件和无结构文件。
有结构文件又称为记录式文件，它又分为定长和变长的记录文件。
而无结构文件又称为字符流文件，UNIX/Linux系统中文件都采用流式文件。
用户对文件的存取通常有顺序存取和随机存取两种。
文件通常存放在磁盘上的盘块上，文件的物理组织涉及文件的信息如何在磁盘上放置。
基本的文件物理组织形式有：
连续文件、链接文件、索引文件和多重索引文件。
它们各有优缺点，当然后者性能更佳。
（4）目录文件
操作系统核心对文件的管理是通过文件控制块实施的。
每个文件有唯一的文件控制块。
在UNIX/Linux系统中把它称为I节点。
由文件控制块构成的文件称作目录文件，简称目录。
文件控制块就是其中的目录项。
将文件名转换成该文件在外存的物理位置，即实现文件名与其存放盘块之间的映射，这是文件目录所提供的最基本的功能。
文件目录的组织与结构是文件系统的一个重要方面，也反映了文件系统的特色。
一般来说文件目录的组织形式分为单级目录、二级目录、树形目录和非循环图目录。
单级目录最简单，但存在重名问题，难以保证所有文件的名字都是唯一的。
二级目录为各个用户单独建立一个目录，从而解决了上述问题，每个用户的文件都在他自己的目录下。
为使用方便，对二级目录进行扩展，成为树形文件目录。
这种多分支多层次的目录结构允许用户创建自己的子目录，便于用户更合理地组织其文件。
非循环图目录结构是带链接的树形目录结构，它利于实现对文件或目录的共享。
UNIX/Linux系统中的目录结构就采用带链接的树形目录结构。
（5）文件存储空间的管理
文件存储空间的管理是对外存空间中空闲盘块的管理。
创建新文件或扩充老文件时，需要申请空闲盘块；删除文件时要回收释放的文件块。
对空闲盘块的管理方式主要有：
空闲盘块表、空闲块链接、位示图和空闲块成组链接等。
（6）文件的共享与文件系统的安全性
文件的共享与文件系统的安全性是文件系统中的一个重要问题。
文件的共享是指一个文件被多个用户或进程使用。
目的是节省时间和存储空间，减少了用户工作量。
文件链接是实现文件共享的有效途径，分为硬链接和符号链接。
由于文件是多数计算机系统中主要的信息存储机制，既要实现共享，又必须加以保护。
为了实现文件系统的安全，文件需要保护和保密。
对文件的存取控制可分别由存取类型来设定，如读、写、执行等，也可以通过命名、口令、存取权限或者加密的方法实现对文件的保护和保密。
文件信息可能因硬件或软件的故障而遭到损坏，为此必须加强对文件系统的可靠性管理，如文件系统的备份和必要时的恢复。
备份就是把硬盘上的文件转储到其他外部介质上。
（7）Linux文件系统
Linux系统的一个重要特征就是支持多种不同的文件系统，目前，Linux主要使用的文件系统是ext2和ext3。
ext2文件系统将逻辑块划分成块组，每个块组重复保存着一些有关整个文件系统的关键信息，以及实际的文件和目录的数据块。
Linux系统提供了虚拟文件系统（VFS）。
通过VFS将不同文件系统的实现细节隐藏起来。
Linux文件系统可以根据需要随时装卸，从而实现文件存储空间的动态扩充。
UNIX/Linux系统的管道文件独具特色。
管道文件按FIFO方式工作，它是同族进程间进行大量信息传送的有力工具。
5.2典型例题解析
【例1】判断正误：
文件系统中文件的内容只能是源代码。
（ ）
答案错误
分析文件是信息的一种基本组织形式，可以是有格式的，也可以是无格式的。
文件的内容是一组信息的集合，可以是源代码、二进制代码、文本文档、表格、数据、声音和图像等。
【例2】文件系统的主要目的是（ ）。
A．实现对文件的按名存取 B．实现虚拟存储
C．提供外存的读写速度 D．用于存储系统文件
答案A
分析所谓文件系统，就是操作系统中负责操纵和管理文件的一整套设施，它实现文件的共享和保护，方便用户“按名存取”。
文件系统为用户提供了存取简便、格式统一、安全可靠的管理各种文件信息的方法。
【例3】下列文件的物理结构中，不利于文件长度动态增长的文件物理组织形式是（ ）。
A．连续文件 B．链接文件 C．索引文件 D．系统文件
答案A
分析此题主要考查文件的物理结构，即文件在存储设备上是如何放置的。
文件的物理组织形式有连续文件、链接文件、索引文件和多重索引文件。
（1）连续文件是把一个在逻辑上连续的文件存放在连续编号的物理块中，或者说连续文件是一种逻辑记录顺序和物理块的顺序相一致的文件结构。
磁带机是一种顺序存取的存储设备。
优点：
存取信息的速度快，常用于存放系统文件，如操作系统、编译程序等。
缺点：
要求建立文件时就确定它的长度；不便于文件的动态扩充，对文件进行增、删、改相当麻烦；磁盘的存储空间的利用率不高，出现外部碎片，造成空间浪费。
（2）链接文件把顺序的逻辑记录存放在不连续的磁盘块上，并用指针把这些磁盘块按逻辑记录的顺序链接起来。
优点：
允许用户扩充文件，或删除文件中的某些记录；磁盘空间利用率高。
由于不需要连续存放，所以可以充分利用磁盘中的每一个空闲块。
缺点：
一般仅适于对信息的顺序访问，不利于对文件的随机存取；由于物理块上增加了一个链接字，带来了系统管理负担；可靠性差。
（3）索引文件为每个文件建立一张索引表，指出文件中每个记录的存放地址。
优点：
便于增、删文件的记录；既适合顺序存取又适合随机存取；磁盘空间的利用率高。
缺点：
索引表本身也占用存储资源，带来了空间开销。
【例4】文件系统采用树形目录结构后，对于不同用户的文件，其文件名（ ）。
A．应该相同 B．应该不同
C．可以不同，也可以相同 D．受系统约束
答案C
分析此题考查文件目录的组织方式。
文件目录的组织形式分为单级目录、二级目录和树形目录和非循环图目录。
单级目录的优点是简单，能实现“按名存取”。
但也有很多缺点，如查找速度慢，不允许文件重名；不便于文件的共享等。
从二级目录开始解决了多用户间文件的“重名”问题，也提高了检索目录的速度，不同的用户可以用不同的文件名来访问系统中同一共享文件。
下图所示为一个树形目录，LIU和LI是不同的用户，他们的文件名可以不同，也可以相同（如TASK1）。
图树形目录结构
【例5】文件的存储空间管理实质上是组织和管理（ ）。
A．文件目录 B．辅存已占用区域
C．辅存空闲块 D．进程控制块
答案C
分析教材中介绍了基于磁盘文件的存储空间管理技术，如空闲盘块表法、空闲块链接法、位示图法和成组链接法。
这些技术是针对外存（即辅存）空间上的空闲盘块的。
通过这些方法来有效地对外存空闲盘块的分配和回收进行管理，提高对文件的访问速率。
【例6】在UNIX系统中，某文件的使用权限设置为754，则表示（ ）。
A．文件主可读、写、执行 B．同组用户仅能读
C．其他用户可读、写、执行 D．同组用户仅能写
答案A
分析在UNIX系统中，对文件存取权限的规定用9位二进制位表示，分成3个域，每个域3位，分别是rwx，控制读、写和执行操作；3个域分别表示文件主、同组用户和其他用户所具有的权限。
某文件的保护信息是754，则其二进制为：
111 101 100
文件主 同组用户 其他用户
表示其文件创建者（即文件主）可读、写和执行，同组用户可读和执行，其他用户只可读。
5.3练习题
一、选择题（选择一个正确答案的代码填入括号中）
1.文件管理实际上是管理（ ）。
A．主存空间 B．辅助存储空间
C．逻辑地址空间 D．物理地址空间
2.操作系统实现“按名存取”的关键在于解决（ ）。
A.文件逻辑地址到文件具体的物理地址的转换
B.文件名称与文件具体的物理地址的转换
C.文件逻辑地址到文件名称的转换
D.文件名称到文件逻辑地址的转换
3.按文件用途来分，编译程序是（ ）。
A．用户文件 B．档案文件
C．系统文件 D．库文件
4.在UNIX/Linux系统中，用户程序经过编译之后得到的可执行文件属于（ ）。
A．ASCII文件 B．普通文件 C．目录文件 D．特别文件
5.特别文件是与（ ）有关的文件。
A．文本 B．图像
C．硬件设备 D．二进制数据
6.下列描述不是文件系统功能的是（ ）。
A．建立文件目录 B．提供一组文件操作
C．实现对磁盘的驱动调度
D．管理文件存储空间
7.文件的逻辑组织是（ ）的文件组织形式。
A．在外部设备上 B．从用户观点看
C．虚拟存储 D．目录
8.由一串字符序列组成，文件内的信息不再划分可独立的单位，这是指（ ）。
A．流式文件 B．记录式文件
C．顺序文件 D．链接文件
9.数据库文件的逻辑结构形式是（ ）。
A．流式文件 B．档案文件
C．记录式文件 D．只读文件
10.与文件物理组织形式有关的是（ ）。
A．文件长度 B．记录的个数
C．文件目录结构 D．用户对文件的存取方法
11.在以下的文件物理存储组织形式中，常用于存放大型系统文件的是（ ）。
A．连续文件 B．链接文件
C．索引文件 D．多重索引文件
12.链接文件解决了连续文件存在的问题，它（ ）。
A．使用指针存入主存，速度快 B．适合于随机存取方式
C．不适用于顺序存取 D．提高了存储空间的利用率
13.文件系统为每个文件另建立一张指示逻辑记录和物理记录之间的对应关系表，由此表和文件本身构成的文件是（ ）。
A．连续文件 B．链接文件
C．索引文件 D．逻辑文件
14.若用户总是要求用随机存取方式查找文件记录，则使用索引文件比使用链接文件（ ）。
A．麻烦 B．方便 C．一样 D．有时方便有时麻烦
15.文件名与（ ）的转化是通过文件目录来实现的。
A．逻辑地址 B．物理地址
C．文件内部名 D．文件记录
16.如果文件系统中有两个文件重名，不应采用（ ）结构。
A．单级目录 B．树形目录
C．二级目录 D．非循环图目录
17.文件系统采用二级文件目录可以（ ）。
A．缩短访问存储器的时间 B．解决同一用户间的文件命名冲突
C．节省内存空间 D．解决不同用户间的文件命名冲突
18.在二级目录结构中，同一个用户不同文件的文件名（ ）。
A．可以相同 B．可以不同
C．一定不同 D．应该相同
19.树形目录结构的主文件目录称为（ ）。
A．父目录 B．根目录 C．子目录 D．用户文件目录
20.当前目录是/usr/meng，其下属文件prog/file.c的绝对路径名是（ ）。
A．/usr/meng/file.c B．/usr/file.c
C．/prog/file.c D．/usr/meng/prog/file.c
21.在下述文件系统目录结构中，能够用多条路径访问同一文件（或目录）的目录结构是（ ）。
A．单级目录 B．二级目录
C．纯树形目录 D．非循环图目录
22.在UNIX系统中，磁盘存储空间空闲块的链接方式是（ ）。
A．空闲块链接法 B．位示图法
C．空闲盘块表法 D．空闲块成组链接法
23.为防止用户共享文件时破坏文件，往往采用（ ）方式。
A．设置口令 B．加密
C．规定存取权限 D．定期备份
24.下列属于文件保密技术的是（ ）。
A．建立副本 B．定期备份
C．设置口令 D．规定存取权限
25.用ls命令以长格式列目录信息时，若某一文件的特征在文件列表中按如下顺序显示在屏幕上：
drwxrw-r--2usergk3564Oct2810:
30/user/asD.h
则同组用户的访问权限是（ ）。
A．读和执行 B．读、写、执行
C．写和执行 D．读和写
二、判断题（正确的划√，错误的划×。
）
1.顺序结构是一种逻辑记录顺序和物理块的顺序相一致的文件结构。
（ ）
2.可顺序存取的文件不一定能随机存取；但可随机存取的文件都可以顺序存取。
（ ）
3.一般的文件系统都是基于磁盘设备的，而磁带设备可以作为转储设备使用，以提高系统的可靠性。
（ ）
4.在文件系统的支持下，用户需要知道文件存放的物理地址。
（ ）
5.随机访问文件也能顺序访问，但一般效率较差。
（ ）
6.Linux文件包括普通文件、目录文件和用户文件三大类。
（ ）
7.Linux的I节点是文件内容的一部分。
（ ）
8.在Linux系统中，常采用单空闲块链接法来实施存储空间的分配与回收。
（ ）
9.Linux系统的一个重要特征就是支持多种不同的文件系统。
（ ）
10.在采用树形目录结构的文件系统中，检索文件必须从根目录开始。
（ ）
11.采用了二级目录结构后，可以允许不同用户在为各自的文件命名时，不必考虑重名问题，即使取了相同的名字也不会出错。
（ ）
12.文件系统要负责文件存储空间的管理，但不能完成文件名到物理地址的转换。
（ ）
13.索引结构中，建立索引表会占用额外的存储空间和访问时间。
（ ）
三、简答题
四、应用题
请同学们解答参考教材175页的课后习题。
请大家自己完成
参考答案：
一、BBCBC CBACD ADCBB ADCBD DDCCD
二、1，2，3，5，9，11，13是正确的。
4.（×）。
文件系统通过“按名存取”自动完成文件的管理，无需用户干预。
6.（×）。
Linux文件包括普通文件、目录文件和特殊文件三大类。
7.（×）。
Linux的I节点不属于文件内容，它属于文件的控制管理信息。
8.（×）。
Linux系统采用空闲块成组链接法实施文件存储空间的管理。
10.（×）。
树形目录文件可以从当前目录进行检索文件。
12.（×）。
完成文件名到物理地址的转换是文件系统最基本的功能。
三和四、见本章教材习题解答。
升级会员 