操作系统学习-练习题个人总结（九）

第六章 文件系统

一、第一节-文件系统基本概念-课前测试

正确知识点总结

  1. 在Linux中，一个源程序经过编译之后得到的可执行文件属于（普通文件）。
  2. 文件系统的最基本目的是（实现对文件的“按名存取”）。
  3. 在文件系统中可命名的最小数据单位是数据项，用户以记录为单位对文件进行存取、检索等。

补充：

文件的分类

  • 按照用途：系统文件、库文件、用户文件
  • 按照保护级别：只读文件、读写文件、只执行文件、不保护文件
  • 按照存取方法：顺序存取文件、随机存取文件
  • 实际操作系统中文件分类：Window、Unix和Linux都有普通文件和目录文件，Unix和Linux系统还有特殊文件【FIFO文件字符、设备文件、块设备文件、符号链接文件】

二、第二节-文件逻辑结构-课前测试

正确知识点总结

  1. 从Windows系统的角度上来看，excel应用程序处理的.xls文件的逻辑结构是（流式文件）。
  2. 文件系统中源程序是有结构的记录式文件。（×）

补充：

文件的逻辑结构

  • 有结构文件：指整个文件由若干条记录构成，也称记录式文件【数据结构和数据库】

    • 顺序文件：读写批处理时比较好用，存取效率最高；查找、增加、删除文件比较难
    • 索引文件：索引表
    • 顺序索引文件：结合上述
    • 直接文件和散列文件：由记录键值获得存储物理地址
  • 无结构文件：由一组相关信息组成的有序字符流，也称流式文件；文件长度按照字节计算【UNIX、DOS、WINDOWS】

文件的物理结构

  • 连续文件【顺序文件】：磁盘空间会产生碎片，文件修改困难
  • 链接文件
    • 隐式连接文件：盘块中存有下一块的地址；顺序存储、容易丢失
    • 显式链接文件：链接指针统一存放在链接表里【FAT】；检索速度快，支持随机存取；FAT表占用内存空间
    • 一个磁盘分区大小为20GB，若盘块大小为1KB，计算该磁盘分区的FAT表大小。
      盘块数=20GB/1KB =20MB，20MB<32MB（这里要求分配的块数是2的n次方，所以要扩展），盘块号大小为3.5B（32MB->2的25次方，需要25个二进制位，25/8取半字节整数倍=3.5B），FAT表大小=20MB×3.5B=70MB
      注意：每个磁盘块号大小取半个字节的整数倍。
    • 存储空间利用率高；文件创建时用户不必指出文件的大小；文件动态扩充和修改容易；顺序存取效率高；随机存取效率较低
  • 索引文件【索引表；索引块-存放索引表的物理块；索引文件】
    • 单级索引：目录->索引表->具体文件存放物理块
    • 多级索引
    • 混合索引
      • UNIX索引结构【iaddr(0) ～iaddr(9): 直接地址；iaddr(10)：一级索引；iaddr(11): 二级索引；iaddr(12): 三级索引。】
        三、第二节-文件结构和存取-课堂测试

1、错题解析

  1. 假设某文件包含100个磁盘块，0#-99#，并且文件的FCB已经在内存中。若物理结构采用连续文件，且文件头部之前没有空闲块，文件尾部之后有空闲块。假定每次读或写一个磁盘块就是一次磁盘操作，如果要在文件第50块（49#块）前添加一个磁盘块，但不需要向其中写数据，则需要执行磁盘I/O操作的次数是（102）次。

    解析：读出后面51个块，并写到磁盘上【51*2，从后向前读50块，在50块前添加一块之后填写内容，还需要对后面后50块的内容进行修改，就是说要再读一遍，并且是从新添加的这块开始读的，因为要找到后一块就要去读前一块】

  2. 假设某文件有100个磁盘块，0#-99#，并且FCB在内存中，文件物理结构采用隐式链接，假定每次读或写一个磁盘块就是一次磁盘操作，如果要在文件第50块（49#块）前添加一个磁盘块，但不需要向其中写数据，则需要启动磁盘I/O操作的次数是（51）次。

    解析：读出前面49个块，同时写第49号块及刚添加的一个块，（需要修改其中的链接指针）

  3. 设某文件为隐式链接结构，由8个逻辑记录组成，每个逻辑记录的大小与磁盘快大小相等，均为1KB，并依次存储在60、6、43、7、212、124、19、28号磁盘上，若要存取文件的第6200逻辑字节处的信息，应访问（19）号磁盘快？若文件的FCB在内存中，需要启动（7）次磁盘I/O操作？

    解析：6200=1K*6+56，所以（从0开始）去访问19号磁盘块，需要读磁盘7次（前6次找到19号磁盘块，第7次读出文件信息）

2、正确知识点总结

  1. 磁盘与主机之间传递数据是以（数据块）为单位进行的。
  2. 如果文件采用直接存取方式，且文件大小不固定，则采用（索引）结构较合适。

四、第二节-文件索引结构-课堂测试

1、错题解析
设有一个包含2000个记录的索引文件，每个记录正好占用一个物理块。一个物理块可以存放10个索引表目，建立索引时，一个物理块应有一个索引表目，最高级索引占据一个块。问该文件的所有及文件内容本身应占（2223）个物理块。

解析：2000+2000/10+200/10+20/10+1【每个记录一个块+一级索引+二级索引+三级索引+索引目录表】

2、正确知识点总结

设有一个包含1000个逻辑记录的索引文件，每个记录刚好占用一个物理块。一个物理块可以存放10个索引表目。建立索引时，一个物理块应有一个索引表目，试问该文件系统至少应该建立（3）级索引？（假设最高级索引只占用一个物理块）。

四、第三节-文件目录管理-课前测试

正确知识点总结

  1. 文件目录项中不包含的是（文件控制块的物理位置）。
  2. Linux系统中关于文件目录和索引节点的概念正确的是（索引节点中有文件的控制信息）。
  3. 目录文件不能为空（目录文件中至少包含“.”和“…”两个特殊目录项）。
  4. 目录文件由（文件控制块）组成。
  5. 在Linux系统中，当一个普通文件处于“未打开”状态时，文件所占用的资源有（一个文件目录项；一个磁盘索引节点项；一个或多个磁盘块）

补充：

文件控制块FCB

  • 基本信息

    • 文件名
    • 用户名：文件主、同组用户、用户组等
    • 文件类型
    • 文件物理地址和文件长度
    • 文件逻辑结构和文件物理结构
  • 存取控制信息
    文件主、文件主同组用户（或授权用户）、一般用户对该文件的存取权限
  • 使用信息
    • 文件的建立日期及时间
    • 上次存取文件的日期及时间
    • 当前的使用状态信息
    • 共享链接计数等
  • 引入索引节点，将除文件名外的其它信息“封装”

文件目录结构

  • 单级目录结构：查找慢；不允许重名；不便实现文件共享
  • 两级目录结构【主目录文件+用户文件】：允许重名；缺乏灵活性；无法很好的满足文件多的用户的需求
  • 多级目录结构【绝对路径|当前路径】：允许重名：目录检索速度快，层次清楚；容易实现共享

目录检索技术

  • 线性检索法【顺序检索】
  • 哈希检索法

五、第三节-文件目录-课堂测试

1、错题解析

  1. 在Linux的ext2文件系统中，多个单独设备上的多个文件系统被安装到一个统一的文件系统中。假设光盘设备安装到/mnt上，如果光盘文件系统包含一个/home/user/data的文件，那么在整个文件系统中，这个文件的名字是（/mut/home/user/data）。

    解析：略

  2. 线性搜索法、散列搜索法以及二分搜索法都可用于树型目录结构的搜索。（×）

    解析：树形目录使用线性搜索法。

  3. 树型目录结构中，当前目录就是用户所处的目录位置，所以在Linux中，用户的当前目录就是它的注册目录。（×）

    解析：不是一回事。

2、正确知识点总结

  1. 在实现文件系统时，为加快文件目录的检索速度，可利用“FCB分解法”。假设目录文件存放在磁盘上，每个盘块512B。FCB占64B，其中文件名占8B。通常将FCB分解成两个部分，第一部分占10B（包括文件名和文件索引节点编号），第二部分占56个字节（包括文件索引节点编号和文件的其他描述信息）。假设某一个目录文件共有254个FCB，试分别给出采用分解法前和分解法后，查找该目录文件的某个FCB的平均访问磁盘次数（16.5；4）。
    解析：假设某一目录文件共有254个文件控制块，而每个磁盘块为512B，文件控制块占64B。
    采用分解法前，一个盘块可存放：512/64=8个目录项，则254个文件控制块要占：254/8=32个目录块，故平均查找一个目录项需访问磁盘：32/2=16次。
    采用分解法后，将文件控制块分解成两部分，第一部分占10B(包括文件名和文件内部号)，第二部分占56B(包括文件内部号和文件其他描述信息i)。一个盘块可存放：512/10=51个目录项，这样254个目录项要占：254/51=5个目录块。平均查找一个目录项需访问磁盘：5/2≈3次，而得到文件控制块还应访问一次磁盘，故总共需访问磁盘：3+1=4次。
  2. 打开文件操作主要是（把文件控制块从磁盘拷贝到内存）。

六、第四节-文件存储空间管理-课前测试

1、错题解析
使用空闲盘块链表法管理磁盘空间，因其算法实现简单，且能实现离散分配，因此广泛地应用在多种文件系统中。（×）

解析：回收和分配效率低。

2、正确知识点总结

  1. 文件的存储空间管理实质上是对（外存空闲区）的组织和管理。
  2. 打开文件操作主要是（把文件控制块从磁盘拷贝到内存）。

补充：

空闲表法：设置一张表记录空闲块的位置和大小
空闲块链表法：使用指针将所有空闲盘块链接起来
位示图法：使用二进制位表示，0无1有
成组链接法【具体操作看例题】

  • 把所有空闲磁盘块按照固定数量分成若干组，从后向前分组。
  • 将每组（第1组除外）的总块数及相应的块号记录在前一组的最末块中
  • 对第1组，其总块数和各块块号记录在空闲盘块栈中，放在超级块里。
  • 系统启动后，将超级块复制到主存中，并建立空闲盘块号栈，栈顶指针S_Free=第1组总块数。

七、第五节-文件共享与保护-课前测试

1、错题解析
Linux的ext2文件系统采用用户权限表实现文件保护。（×）

解析：Unix和Linux都使用访问控制表

2、正确知识点总结

  1. 若采用口令保护方式来保护文件，则“口令”最合适的保存位置是（文件控制块）。
  2. 基于索引节点的共享方式，不能用于目录文件的共享。
  3. 基于索引节点的共享方式不能实现跨文件卷的文件共享。（因为每个文件卷中的文件索引节点都是从0开始编号的，即不同文件卷上的索引节点编号是重复的）

补充：

文件共享

  • 基于索引节点的共享【硬链接】：与原文件共用一个索引节点
  • 利用符号链接实现文件共享【软链接】-建立link类型的新文件

文件访问保护

  • 口令保护
  • 加密保护
  • 设置文件使用权限
    • 访问控制矩阵
    • 访问控制表：对访问矩阵按列（对象）进行划分，每一列建立一张访问控制表
    • 用户权限表：对访问矩阵按行进行划分，每一行建立一张访问权限表。

八、第五节-文件共享与保护-课堂测试

错题解析

  1. 用（）可以防止共享文件可能造成的破坏，但实现起来系统开销太大。

    解析：Unix和Linux都使用访问控制表

  2. 若用户仅允许他的某些同事访问他的文件，适用哪种文件保护机制（访问控制矩阵）。

    解析：不同用户，同一文件权限

九、第六节-磁盘调度-课前测试

1、错题解析
Linux的ext2文件系统采用用户权限表实现文件保护。（×）

解析：Unix和Linux都使用访问控制表

2、正确知识点总结

  1. 一个磁盘的转速为7200转/分，每个磁道有160个扇区，每扇区有512B，那么理想情况下，其数据传输率为（9600）KB/s。（磁盘转速为7200转/分=120转/s，转一圈160个扇区，每个扇区512B，所以数据传输率=120160512=9600KB/s）
  2. 启动磁盘读写一块数据时，(传输时间)是硬件设计时就固定的。
  3. 基于索引节点的共享方式不能实现跨文件卷的文件共享。（因为每个文件卷中的文件索引节点都是从0开始编号的，即不同文件卷上的索引节点编号是重复的）

补充：

0号磁道在最边上。
移臂调度算法

  • 先来先服务算法（FCFS）
  • 最短寻道时间优先算法（SSTF）：磁头方向可能会频繁移动，可能会出现饥饿现象
  • 扫描算法（电梯算法）（SCAN）：↑↓↑↓↑↓
  • 循环扫描算法（CSAN）：↓↓↓或↑↑↑；可能会出现磁臂黏着现象
  • N-Step-SCAN算法：分组；子队列内SCAN；子队列之间用FCFS
  • FSCAN算法：当前一组，新来的一组；组内SCAN

十、第六节-磁盘调度-课堂测试

错题解析

某磁盘组的每个盘面上有200个磁道，格式化时每个磁道被分成4个扇区，整个磁盘组共有8000个扇区，那么该磁盘组应由（10）盘片组成。

解析：理解磁盘的三维结构就行了。

补充：

Linux文件系统：

Ext2文件系统结构
0~11直接寻址
12一级间接寻址
13二级间接寻址
14三级间接寻址

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