第五章 文件管理
1、什么叫文件？
答：文件是逻辑上具有完整意义的信息集合。
2、叙述下述术语并说明它们之间的关系：存储介质、卷、块、文件和记录。
答：存储介质是指可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、卡片等。
存储介质的物理单位定义为“卷”。
存储介质上存放的连续信息所组成的区域称为“块”，块是存储设备与主存储器之间进行信息交换的物理单位。
逻辑上具有完整意义的信息集合称为“文件”。
记录是指用户对文件内的信息按逻辑上独立的含义划分的信息单位，每个单位为一个逻辑记录。
3、怎样确定文件的存取方式？
答：文件的存取方式包括顺序存取和随机存取两种，采用哪种存取方式，主要取决于两方面的因素：
（1）怎样使用文件。 文件的性质决定了文件的使用，也就决定了存取方式的选择。对于由顺序字符或其他数据组成的文件，按照顺序存取的方式进行。对于按逻辑记录方式组织的文件，则采用随机存取的方式。
（2）存储介质的特性。 磁带机是适合顺序存取的存储设备。而磁盘机则既可采用顺序方式，也可采用随机方式。
4、文件系统应由哪些部分组成？简述各部分的主要工作？
答：文件系统由以下各部分组成：
（1）目录管理：文件目录是实现按名存取的一种手段，用户要求建立的新文件，目录管理的工作是把与该文件有关的属性登记在目录用户要求读文件时，应从文件目录中查找指定的文件并核对是否有权使用。目录结构应既能方便文件的检索，又能保证文件系统的安全。
（2）文件的组织：文件组织包括文件的物理组织和文件的逻辑组织，而文件系统的这部分工作就是要能够在用户存取文件时把文件的逻辑组织和物理组织进行转换。
（3）文件存储的空间管理：对文件使用存储空间的情况进行登记和管理，保证文件存储在空闲块中，并在文件删除时收回该文件所用的空间。
（4）文件操作：文件操作是文件系统提供给用户使用文件的一组接口，包括建立文件、打开文件、读文件、写文件、关闭文件和删除文件等。
（5）文件的共享、保护和保密：文件共享允许多个用户使用同一个文件，但是要注意共享文件的保护和保密，即防止文件被破坏和被未经授权的用户剽窃。
5、为了实现按名存取，文件目录应包含哪些内容?
答：文件目录应包括的内容有：
• 有关文件存取控制信息。例如用户名、文件名、文件类型、文件属性（可读写、只读、只执行等）
• 有关文件结构的信息。例如文件的逻辑结构、物理结构、记录个数和在存储介质上的位置等。
• 有关文件管理的信息。例如文件建立的日期、修改日期、保留期限等。
6、用户A有名为W1，W2和W3的三个私有文件，用户B有名为J1，J2的两个私有文件，这两个用户需要使用共享文件T。文件系统对所有用户提供按名存取功能，为保证存取的正确性，文件系统应设置合理的目录结构，请画出文件系统设计的目录结构。
解：如图所示：
7、假定磁带的记录密度为每英寸800个字符，每一个逻辑记录长为160个字符，块与 块之间的间隙为0.6英寸，现有1000个逻辑记录需要存储到磁带上，分别回答下列问题：
a.不采用成组操作时磁带空间的利用率
b.采用以5个逻辑记录为一组的成组操作时磁带空间的利用率。
为了使磁带空间的利用率大于50%，采用记录成组时其块因子至少为多少？
答：a.不采用成组操作时，磁带空间利用率为：
(160×1000)/(160000+800×0.6×1000)=0.25=25%
b.采用5个逻辑记录一组时，磁带空间利用率为：
(160×1000)/(160000+800×0.6×1000/5)=62.5%
c.设块因子为x,利用率为50%，则有得:
160000/(160000+480000/x)=0.5 解之得:x＝3
即块因子至少为3才可以使磁带空间利用率大于50%。
8、解释顺序文件、链接文件和索引文件。
答：这三种文件均是指物理文件：
顺序文件：就是在磁盘上的按顺序结构组织的文件，按逻辑文件记录本身的顺序在磁盘上按序存放在连续的块中。读取时也从第一个记录开始顺序进行，这样的文件组织就是顺序文件。在文件目录中要指出文件名，存放的起始块号和占用块数。
顺序文件的最大优点是存取速度快（可以连续访问）。而问题主要是存储空间利用率不高、输出文件时难以估计需要多少磁盘块、影响文件扩展。
2)链接文件：如果将逻辑文件中的各个逻辑记录任意存放到一些磁盘块中，再用指针把各个块按逻辑记录的顺序链接起来，在文件目录中只记录第一块的地址和最后一块的地址，读取时从第一块开始，根据每块中的指针访问到下一块直到最后一块，这种文件组织就是链接文件。
链接结构解决了顺序结构中的所有问题，所有空闲块都可以被利用，在顺序读取时效率较高但需要随机存取时效率低下（因为要从第一个记录开始读取查找）。此外，对于链接结构，也有一些问题要注意：由于块中要存放指针信息，因此一部分空间被占用；读出信息时要把指针信息分离出来；还要防止指针丢失或破坏造成的混乱，所以又要增加一些管理的信息。总之链式结构会使用于存放文件信息的空间减少。
3)索引文件：按索引方式组织的文件结构，文件的逻辑记录任意存放在磁盘中，通过一张“索引表”指示每个逻辑记录存放位置。访问时根据索引表中的项来查找磁盘中的记录，索引结构的文件既适合顺序存取记录，也可以方便地随机存取记录，并且容易实现记录的增删和插入，所以索引结构被广泛应用。
9、假定某文件系统把文件存储到磁盘上采用链接结构，磁盘的分块大小为512字节，而逻辑记录的大小为250个字符。现有一个名为ABC的文件，共10个逻辑记录，回答下列问题：
a.怎样才能有效地利用磁盘空间
b.画出文件ABC在磁盘上的链接结构（磁盘块号自定）
c.若用户要求读包含第 1425个字符的逻辑符号，请写出用户要求的主要工作步骤。
答：a.可以将两个记录成组写在一个磁盘块上，正好占用500个字符，余下的12个字符（每个字符一个字节，共12个字节）位置用来存放下一块的指针。这时的磁盘利用率为：
250*10/(512*5)=97.7%
b.如图所示：
c.文件系统完成用户要求的主要工作步骤是：
1)访问时首先计算出包含第1452个字符的逻辑记录是在第六个记录。从0开始的话记录号为5。
2)从文件目录中找到该文件第0号记录在磁盘上的物理块号3。 3)根据读到块中的指针指示依次读取下一块直到包括5号记录的块14。
4)把14号块中的内容读到主存缓冲区。
5)把主存缓冲区中的第2条记录读入用户作业区。这条记录就是用户所请求访问的记录。
10、有一个可以带4个终端的计算机系统，该系统配置了一个磁盘用来存储终端用户的程序和数据。今有4个上机的学生，他们在各自的终端上键入了自己的程序和数据，并都存储在磁盘上，凑巧他们给各自的程序取的文件名均为WJ，请问
a.系统应该采用怎样的目录结构才能区别这些学生的程序?并画出这个目录结构。
b.简单阐明系统怎样为这4个学生索取他们各自的程序。
答：a.系统可采用二级目录结构或树形目录结构。图略。
b.以二级目录结构存储时，系统首先找到学生的用户名(主文件目录），再在用户名下的的目录中查找WJ为名的程序，这样就可以找到他们各自的程序了。
11、文件系统中为什么要设置“建立文件”、“打开文件”和“关闭文件”的操作？
答：文件系统把用户组织的逻辑文件按一定方式转换成物理文件存放到存储介质上，当用户需要文件时，文件系统又从存储介质上读出文件并把它转换成逻辑结构。如果没有“建立文件”的操作，就无法将逻辑文件转换成物理文件。而“打开文件”的作用是检索文件所在位置以及核对存取方式必须，“关闭文件”是核实是否为文件的建立者或打开者执行的操作，并对修改部分进行保存。这几个操作均是为了正确实现文件的按名存取。因此要设置这些操作。
12、如果用户要求读一个尚未打的文件时，文件系统怎样处理？
答：如果用户要求读一个尚未打的文件时，文件系统会提示用户先打开文件，有的系统为了方便用户，提供一种隐式使用文件的方法，允许用户不需先调用“打开文件”、“建立文件”和“关闭文件”文件的操作，而直接调用“读文件”或“写文件”的操作。当用户要“读文件”时，系统先做“打开文件”（文件已存在)或“建立文件”（文件不存在）的操作，再执行“读文件”操作。
13、文件系统能允许用户关闭一个不是自己打开或建立的文件吗？
答：“关闭文件”操作主要是核实只有文件的建立者或打开者才有权关闭文件。因此文件系统一般不允许别的用户来关闭一个不是自已打开的文件。
（可能有人说，不对，我打开一个文件，我妹妹就能把它关掉。这里的用户并不是指操作的人，而是指用户程序，比如我用word打开了一个文件，这时另一个程序如Excel程序如果来想关闭这个文件是不允许的。但是操作系统的文件系统可以来关闭各个用户打开的文件。）
14、区分文件的保护和保密。
答：文件的保护是防止文件被破坏。文件的保密是防止不经文件拥有者授权而窃取文件。引起文件被破坏的原因有:硬件故障、软件失误和用户共享文件时的错误等。
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