chn10 文件組織與數據存儲

文件管理之

文件組織與數據存儲陳鶴年

2014.116.3文件組織與數據存儲6.3.1文件的存儲6.3.2文件的邏輯結構6.3.3文件的物理結構6.3.1文件的存儲1.存儲介質：通用存儲介質有磁盤、磁帶、光盤、U盤。2.卷：是存儲介質的物理單位，一張光盤、一卷磁帶、一個磁盤分區都稱為一卷。3.塊：是一塊連續區域，也稱為物理記錄。塊是主存與外村交換信息的單位。即：存取信息是按塊進行存（寫）或讀（取），啟動一次I/O可以完成一塊或若干塊信息的讀寫。塊的大小決于用戶意愿、傳輸速率、設備屬性。不同類型的存儲介質，塊的長短常常各不相同；同一類型的存儲介質，塊的長短也可以不同。磁盤物理塊一般是512B.4.縫隙：由于設備機械屬性，相鄰塊之間留有縫隙，不能存儲數據。

6.3.1文件的存儲5.內存里的文件與磁盤文件文件邏輯示意圖

6.3.2文件的邏輯結構

（1）文件組織：指文件中信息的組織配置和構造方式。分為文件的邏輯結構和組織和文件的物理結構組織。（2）文件的邏輯結構和組織：是從用戶觀點出發，研究用戶概念中的信息組織方式，這是用戶能觀察到，不考慮設備屬性可對獨立對數據集合進行處理。（3）文件的邏輯結構基本形式有：①流式文件；②記錄文件；1.流式文件和記錄文件（4）流式文件：是一串有序的字節信息集合，在流文件里，每個字節建立一個索引，從0開始編號，打開文件是讀取位置是首字節。根據具體情況，每次讀取如干字節。①流文件是無結構文件，數據不再組成記錄，但可以看成是只有一個記錄的記錄式文件。

②文件常按長度來讀取所需信息，也可用插入特殊字符作為分界。

③文件系統提供read、write和seek結構進行讀取定位。6.3.2文件的邏輯結構

1.流式文件和記錄文件（5）記錄式文件：文件由若干記錄構成，包含若干邏輯記錄，邏輯記錄是文件中按信息在邏輯上的獨立含意劃分的信息單位。記錄大小是各字段取值之和;記錄是記錄文件的最小信息單位，每次只能進行一條記錄的操作;記錄文件是有結構文件，記錄按照記錄差生順序編號。（6）記錄文件的組織方法:①記錄式順序文件：②記錄式索引順序文件：6.3.2文件的邏輯結構

下面是一個典型的記錄式文件中的內容：090601010羅小寧女1988年5月江蘇連云港090601011王朔男1989年8月江蘇南京……

……

……

……

……1.流式文件和記錄文件2.

成組和分解：解決記錄是如何存儲在磁盤上以及邏輯記錄和磁盤塊的關系是什么？（1）成組操作：為了節約空間和減少I/O啟動次數。邏輯記錄是按信息在邏輯上的獨立劃分的單位，塊是存儲介質上連續信息所組成的區域。一條邏輯記錄被存放到文件存儲器的存儲介質上時，可能占用一塊或多塊，也可以一個物理塊包含多個邏輯記錄。（2）成組：若干記錄合并在一起寫入在一個塊中。成組過程在緩沖區里完成，緩沖滿了就啟動一次I/O，完場寫一次。6.3.2文件的邏輯結構

邏輯記錄1邏輯記錄2邏輯記錄3物理記錄即物理塊邏輯記錄用戶緩沖區系統緩沖區2.

成組和分解：

（3）

塊因子：每塊存儲記錄的個數。

例題：下圖表示一個物理塊存放3條邏輯記錄，即成塊因子是3，這樣啟動1次I/O可以讀寫3條邏輯記錄。6.3.2文件的邏輯結構

一塊物理記錄邏輯1邏輯2邏輯32.

成組和分解：（4）分解：把一個物理塊讀入系統緩沖區后，把該塊中包含的若干記錄分離出來的操作。6.3.2文件的邏輯結構

3.記錄格式記錄格式就是數據項在記錄里的排列方式，它影響著數據讀寫效率。記錄長度是一條記錄數據項的總字節長度，也影響讀寫。根據記錄長度把記錄分為：（1）定長記錄，易控制，但費空間，最后一塊記錄不超過成組因子。（2）變長記錄：各條記錄長度不一，控制難，但是省空間。讀取時需要登記字節個數和相應信息。（3）跨塊記錄，當處理變長記錄是可能產生一條邏輯記錄超過物理塊大小，即存儲跨快。需要OS分段處理。6.3.2文件的邏輯結構

6.3.2文件的邏輯結構

?記錄鍵，標示不同記錄的關鍵字。主鍵，次鍵單鍵記錄，多鍵記錄4.記錄鍵6.3.3文件的物理結構

1.物理文件：文件的物理結構和組織是指邏輯文件在物理存儲空間中存放方法和組織關系，即文件邏輯結構在存儲物理設備上形成的物理塊集合。

2.文件物理存儲結構影響因素：

（1）存儲設備；

（2）塊的劃分、記錄的排列、索引的組織、信息的搜索，其優劣直接影響文件系統的性能。第一類計算法：通過映射算法把邏輯記錄與物理記錄建立對應關系，其中能直接尋址、計算尋址、順序等的文件都屬于。常用于目錄文件、順序文件常采用此方法。第二類指針法：借用指針實現。常用于索引文件、索引順序文件、連接文件等。文件物理結構的確定取決于用戶的意圖和物理設備的屬性。

3.文件物理結構的構造方法6.3.3文件的物理結構（1）順序物理文件(連續文件)文件中邏輯上連續的信息存放到存儲介質的依次相鄰的塊上便形成順序文件。FCB中保存第一物理塊地址和文件物理總塊數。用于磁帶文件、打印文件等。邏輯記錄順序和物理記錄順序完全一致的文件，通常記錄按出現的次序被讀出或修改。順序文件的優點/缺點有點：存取速度快、適應系統文件；缺點：要預判文件長度，以后不易插入、修改，不適應變長記錄。6.3.3文件的物理結構4.文件物理結構的組織（形式）方法連續存儲文件連續存儲文件示意圖共5個文件（2）連接文件(串聯文件)結構示意圖文件目錄項……06.3.3文件的物理結構4.文件物理結構的組織（形式）方法連接文件存儲連接文件示意圖鏈接文件分區表

連接文件使用連接字，又叫指針來表示文件中各個記錄之間的關系連接結構的優缺點：分散存儲，易擴充6.3.3文件的物理結構3.2連接文件(串聯文件)特點4.文件物理結構的組織（形式）方法（3）直接文件(哈希文件)記錄的關鍵字與其地址間可通過某種方式建立對應關系，利用這種關系實現存取的文件叫直接文件。它首先把文件名轉換成FCB所在磁盤地址索引，根據目錄索引找到相應物理塊，然后讀入緩沖區；逐項比較找到需要的FCB。6.3.3文件的物理結構4.文件物理結構的組織（形式）方法（4）索引文件索引結構是實現非連續存儲的另一種方法，適用于數據記錄保存有隨機存取存儲設備上的文件。使用索引表，每個表目包含一個記錄的鍵及其記錄數據的存儲地址，這類文件稱索引文件。6.3.3文件的物理結構記錄鍵數據塊地址4.文件物理結構的組織（形式）方法索引文件存儲索引文件示意圖

索引文件索引順序文件索引順序文件是順序文件的擴展，各記錄本身在介質上也順序排列，有直接處理和修改記錄的能力。索引順序文件能象順序文件一樣進行快速順序處理，既允許按物理存放次序（記錄出現的次序）；也允許按邏輯順序（由記錄主鍵決定的次序）進行處理。多級索引文件二級索引。二級索引表的表項列出一級索引表每一塊最后一個索引項的鍵值及該索引表區的地址，若干個記錄的索引本身也是一種記錄。查找時先查看二級索引表找到某鍵所在的索引表區地址，再搜索一級索引表找出數據記錄。三級索引。多級文件索引示意圖U