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操作系统——第四章（文件管理与文件的逻辑结构）

ds 2025/5/3 1:15:59

一、文件系统基础

1.文件的属性

文件名：由创建文件的用户决定文件名，主要是为了方便用户找到文件，同一目录下不允许有重名文件
标识符：一个系统内的各文件标识符唯一，对用户来说毫无可读性。因此标识符只是操作系统用于区分各个文件的一种内部名称。
类型：指明文件的类型
位置：文件存放的路径（让用户使用)、在外存中的地址（操作系统使用，对用户不可见)
大小：指明文件大小
创建时间、上次修改时间
文件所有者信息
保护信息：对文件进行保护的访问控制信息

2..文件内部的数据怎样组织起来？

对于记录式文件，记录就是一种相关数据项的集合。而数据项是文件系统中最基本的数据单位。（数据项可以分为基本数据项和组合数据项）

文件的结构自底向上包括数据项、记录和文件。

3.文件之间应该怎样被组织起来？

文件通过目录把数据有结构的组织起来。

4.操作系统应该向上层提供哪些功能？

5.从上往下看，文件应该如何存放在外存？

6.其他由操作系统实现的文件管理功能

7.知识图谱

二、文件的逻辑结构

知识概览

1.有结构文件

按文件是否有结构分类，可以分为无结构文件、有结构文件两种。
无结构文件：文件内部的数据就是一系列二进制流或字符流组成。又称“流式文件”。如：
Windows操作系统中的.txt文件。
有结构文件：由一组相似的记录组成，又称“记录式文件”。每条记录又若干个数据项组成。如：
数据库表文件。一般来说，每条记录有一个数据项可作为关键字。根据各条记录的长度（占用的
存储空间)是否相等，又可分为定长记录和可变长记录两种。

2.有结构文件的逻辑结构

（1）顺序文件

结论：定长记录的顺序文件，若物理上采用顺序存储，则可实现随机存取：若能再保证记录的顺结构，则可实现快速检索(即根据关键字快速找到对应记录)
【注】一般来说，考试题目中所说的“顺序文件”指的是物理上顺序存储的顺序文件。可见，顺序文件的缺点是增加/删除一个记录比较困难（如果是串结构则相对简单）

（2）索引文件

【拓展】SQL语句中某个数据项建立索引的功能代码

在SQL语句中，可以使用以下代码来为某个数据项建立索引：

CREATE INDEX index_name ON table_name (column_name);

在上面的代码中，index_name是索引的名称，table_name是数据表的名称，column_name是要建立索引的列名。通过建立索引，可以加快数据库的查询速度，特别是对于频繁查询的列。

折半查找：

折半查找（Binary Search）是一种在有序数组中查找特定元素的算法。其原理是通过不断将查找范围缩小为原来的一半，直到找到目标元素或者确定目标元素不存在为止。

以下是折半查找的C语言代码实现：

#include <stdio.h>int binarySearch(int arr[], int left, int right, int target) {while (left <= right) {int mid = left + (right - left) / 2;if (arr[mid] == target) {return mid;} else if (arr[mid] < target) {left = mid + 1;} else {right = mid - 1;}}return -1;
}int main() {int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};int target = 7;int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);int result = binarySearch(arr, 0, n - 1, target);if (result != -1) {printf("目标元素在数组中的索引为：%d\n", result);} else {printf("目标元素不存在于数组中\n");}return 0;
}

在上面的代码中，binarySearch函数接受一个有序数组arr、左边界left、右边界right和目标元素target，并返回目标元素在数组中的索引，如果目标元素不存在则返回-1。函数通过不断更新左右边界left和right来缩小查找范围，直到找到目标元素或者左边界超过右边界为止。在main函数中，我们定义一个有序数组arr，设置目标元素为7，并调用binarySearch函数进行查找。

（3）索引顺序文件（定长结构的串结构文件）

索引顺序文件是索引文件和顺序文件思想的结合。索引顺序文件中，同样会为文件建立一张索引表，但不同的是：并不是每个记录对应一个索引表项，而是一组记录对应一个索引表项。