一、文件和文件系统
文件管理：把所管理的程序和数据组织成一系列的文件，并能进行合理的存储、使用等操作。
1.基本概念
- 数据项：描述对象某种属性的字符集；是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位。
- 记录：一组相关数据项集合，描述对象某方面的属性；
- 关键字：一个记录中的一个或几个数据项的集合，用于唯一的标识一个记录。
- 文件：由创建者定义的、具有文件名的一组相关元素的集合。
有结构：由相关记录组成
无结构：字符流的形式 - 属性：类型、长度、物理位置、创建时间
2.文件类型
不同的系统对文件的管理方式不同
大多用扩展名标志文件类型，按如下几种方式分类文件
- 按用途：系统、用户、库文件
- 按数据形式：源文件、目标文件、可执行文件
- 按存取控制属性：只执行、只读、读写
- 按组织和处理方式：普通文件、目录文件、特殊（设备）文件
3.文件系统模型
系统管理文件模型
4.文件操作
- 最基本的操作
创建/删除文件：分空间，形成FCB及目录（名，地址）
读、写：按名检索目录，找到文件地址，开始读、写
设置文件读写位置，实现随机存取（尤其适用于记录文件） - 还需要：“打开”与“关闭”：
文件读/写操作 = 检索 + 读/写。
每次读写前都要重复检索增大开销。所以为了方便对同一文件的多次读写，一次检索到文件后就在内存中记录其位置，避免重复检索。被记录下位置的文件就是“打开”文件；
不需要再操作文件时，通过“关闭”这个系统调用关闭文件——即从打开文件表上删除其路径信息即可。 - 其他操作：改名、改所属用户、改访问权限等属性的操作。
二、文件的逻辑结构
- 文件系统设计的关键要素：
如何构成一个文件，以及如何存储在外存。 - 文件结构：
文件的逻辑结构（file logical structure）：按用户观点如何组织数据；又称文件组织（file organization）
基本要求：检索速度高、方便修改、降低存储空间费用（不连续）
文件的物理结构：根据外存上的物理块的分配机制，记录文件外存的存储结构。用户感知不到的。
1.文件逻辑结构的类型
- 有结构文件（记录式）
①定长记录
②变长记录
如何组织记录：
顺序文件。系统需按该类型记录“长度”，通常定长。
索引文件。系统需为文件建立索引表。
索引顺序文件。建索引表，记录每组记录的第一个记录位置。
- 无结构文件（字符流式）
字节为单位，利用读写指针依次访问。
系统对该类文件不需格式处理。
（1）顺序文件
- 两种记录排列方式
串结构：按记录形成的时间顺序串行排序。记录顺序与关键字无关；
顺序结构：按关键字排序。 - 检索方法：
从头检索，顺序查找要找的记录，定长的计算相对快。
顺序结构，可用折半查找、插值查找、跳步查找等算法提高效率 - 具体的寻址过程：
第i条记录地址（定长） ：
读写指针 + 记录长度： ptr + i*L
第i条记录地址（变长） ：
扫描或读取前面0~i-1条记录
第i条记录地址（变长）
变长记录数据前用1字节保存每条记录长度，顺序扫描，但不用把记录全扫描完 - 顺序结构记录按关键字排序，可按关键字检索
定长：结合折半查找算法等提高检索速度
变长：从第1个记录开始顺序扫描，直到扫描到要检索的关键字标识的记录（例如：数据库、文件系统的基于文件名排序的目录检索） - 顺序文件的优缺点：
不方便随机存取某条记录，但适用批量存取的场合。
适合磁带等特殊介质。
单记录的查找、修改等交互性差；增减不方便（改进办法：把增删改的记录登记在一个事务文件中，在某段时间间隔后再与原文件合并更新）。
（2）索引文件
为了方便单个记录的随机存取，为文件建立一个索引表，记录每项记录在文件的逻辑地址及记录长度；该索引表按关键字排序。
索引表内容：索引号、长度、记录地址指针
检索效率：索引表本身即是个按记录键排序的定长顺序文件，所以能利用算法提高索引表检索速度
- 折半检索过程举例：
给出用户关键字
检索索引表(设有n条记录,设一个索引表项占x字节)，则索引表的x*n/2字节处记录着n/2号记录的地址
根据第2步的地址，读一条记录，若记录中关键字不匹配，再判断找第n/4还是第n/2+n/4条记录 - 一个索引文件可以有多个索引表
为方便用户根据不同记录属性检索记录，为顺序文件建立多个索引表，每种能成为检索条件的域都配备一张索引表。 - 索引文件的优缺点
适用于变长记录，可提高检索速度，实现直接存取
索引表增加了存储开销
（3）索引顺序文件
既要方便，又要降低开销
本方式是最常见的一种逻辑文件形式。
将顺序文件的所有记录分组
还是建立索引表，但每个表项记录的是每组第1条记录的键值和地址。
组内记录仍按顺序方式检索和使用。
检索一条记录的过程：
先计算记录是在第几组，然后再检索索引确定组在哪里后，在组内顺序查找。
可利用多级索引，进一步提高检索效率。
（4）直接文件
给定键值（如学号）不需顺序检索直接得到记录的物理地址
用户对文件的操作由操作系统按文件结构分析执行
而操作归根到底要到外存中进行实质操作。