作業系統透過什麼對程式和資料進行管理

作業系統透過檔案系統對程式和資料進行管理。文件系統的管理功能是透過把它所管理的程式和資料組織成一系列文件的方法來實現的。而文件則是指具有檔案名稱的若干相關元素的集合。

本教學操作環境：windows7系統、Dell G3電腦。

　　現代OS幾乎都是透過檔案系統來組織和管理在電腦中所儲存的大量程式和資料的。文件系統的管理功能是透過把它所管理的程式和資料組織成一系列文件的方法來實現的。而文件則是指具有檔案名稱的若干相關元素的集合。元素通常是記錄，而記錄是一組有意義的資料項目的集合。可以把資料組成分為資料項、記錄、檔案。

      ①資料項，資料項為最低層級資料組織形式。分為基本資料項（用於描述一個物件某種屬性的字元集，是資料組織中可以明明的最小邏輯資料單位，即原子數據，又稱為資料元素或欄位）和組合資料項（由若干個基本資料項組成）

　　② 記錄，是一組相關資料項的集合，用來描述一個物件在某方面的屬性，為了能夠唯一標識一個記錄，需要在一個記錄的各個資料項中決定一個或幾個資料項，把他們的集合稱為關鍵字，關鍵字是能夠唯一識別一個記錄的資料項。

　　③ 文件，文件是具有文件名的一組相關元素的集合，分為有結構文件（又稱記錄式文件：文件由一組相似記錄組成。如報考某學校的所有考生的報考資訊記錄）和無結構檔案（又稱串流檔案：被看成是一個字元流。例如一個二進位檔案或字元檔案）。有結構文件由若干個相關記錄組成，無結構文件則被看成一個字元流。文件是檔案系統的最大資料單位。文件應該具有自己的屬性，包括文件類型（如來源文件、目標文件、可執行文件等），文件長度（文件的當前長度，也可能是最大允許長度），文件的物理位置（指示文件在哪一個設備上及在該設備的哪個位置的指針），文件的建立時間（文件最後一次修改時間）。　一個文件可對應若干個記錄，一個記錄可對應若干個資料項。

　　檔案系統管理的物件有：檔案（作為檔案管理的直接物件），目錄（為了方便使用者對檔案的存取和檢索，在檔案系統中設定目錄，每個目錄項目中，必須含有檔案名稱及該檔案所在的實體位址，對目錄的組織和管理是方便和提高對檔案存取速度的關鍵），磁碟（檔案和目錄必定佔用儲存空間，對這部分空間的有效管理，不僅能提高外存的利用率，而且能提高對文件的存取速度）。

檔案的屬性

①名稱：檔案名稱唯一，以容易讀取的形式儲存。

②識別碼：標識檔案系統內檔案的唯一標籤,通常為數字，它是對人不可讀的一種內部名稱。

③類型：被支援不同類型的檔案系統所使用。

④位置：指向裝置和裝置上檔案的指標。

⑤大小：檔案目前大小（以位元組、字或區塊表示），也可包含檔案允許的最大值。

⑥保護：對檔案進行保護的存取控制資訊。

⑦時間、日期和使用者標識：文件創建、上次修改和上次訪問的相關信息，用於保護、 安全和跟踪文件的使用。

檔案的基本橾作

　　① 建立文件，在建立一個新檔案時，系統首先要為新檔案指派必要的外存空間，並在檔案系統的目錄中，為之建立一個目錄項，目錄項中應該記錄新檔案的檔案名稱及其在外存的位址等屬性。

　　② 刪除文件，當已不再需要某文件時，可將其從文件系統中刪除，在刪除時，系統應先從目錄中找到要刪除文件的目錄項，使其成為空項，然後回收該文件所佔用的儲存空間。

　　③ 讀取文件，讀取檔案時，須在對應系統呼叫中給予檔案名稱和應讀入的記憶體目標位址。此時，系統要尋找目錄，找出指定目錄項，從中得到被讀取檔案在外存中的位置。在目錄項目中，還有一個指標用於對檔案進行讀取/寫入。

　　④ 寫文件，寫文件時，須在對應系統呼叫中給出文件名和其在記憶體來源位址。此時，系統要尋找目錄，找到指定目錄項，從再利用目錄中的寫指標來寫入操作。

　　⑤ 截斷文件，如果一個文件的內容已經陳舊而需要全部更新時，一種方法是將此文件刪除，再重新創建一個新文件，但如果文件名和屬性均無改變，則可採取截斷文件的方法，將原有的文件長度設為0，放棄原有文件的內容。

　　⑥ 設定檔案的讀取/寫入位置，用於設定檔案讀取/寫入指標的位置，以便每次讀取/寫入檔案時，不需要從始端開始而是從所設定的位置開始操作。可以改順序存取為隨機存取。

檔案的開啟和關閉

來源：目前OS所提供的大多數對檔案的操作，其過程大致都是這樣兩個步驟：首先，檢索檔案目錄來找到指定檔案的屬性及其在外存上的位置；然後，對檔案實施對應的操作，如讀/寫檔案等，當使用者要求對一個檔案實施多次讀取/寫入或其他操作時，每次都要從檢索目錄開始，為了避免多次重複地檢索目錄，在大多數OS中都引入了打開這一文件系統調用，當用戶第一次請求對某文件系統進行操作時，先利用open系統調用將該文件打開。

開啟是指系統將指名檔案的屬性（包括該檔案在主機上的實體位置）從外存拷貝到記憶體開啟檔案表的一個表目中，並將該表目的編號（索引號）返回給用戶，以後，當用戶再要求對該文件進行操作時，便可利用系統所返回的索引號向系統提出操作請求，系統便可直接利用該索引號到打開文件表中去查找，從而避免了對該文件的再次檢索，如果使用者不再需要對該文件實施操作，可利用關閉系統呼叫來關閉此文件，OS將會把該文件從開啟文件表中的表目上刪除掉。

檔案的邏輯結構類型

无结构文件（流式文件）

無結構檔案是最簡單的檔案組織形式。無結構檔案將資料依序組織成記錄並累積保存，它是有序相關資訊項的集合，以位元組(Byte)為單位。由於無結構文件沒有結構，因而對記錄的存取只能透過窮舉搜尋的方式，故這種文件形式對大多數應用不適用。但字元流的無結構檔案管理簡單，使用者可以方便地對其進行操作。所以，那些對基本資訊單位操作不多的檔案較適於釆用字元流的無結構方式，如原始程式、可執行檔、函式庫函數等。

有结构文件（记录式文件）

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