檔案管理
1.檔案和檔案系統
檔案管理：把所管理的程式和資料組織成一系列的檔案，並能進行合理的儲存、使用等操作。
1.1基本概念
1）資料項：描述物件某種屬性的字符集；是資料組織中可以命名的最小邏輯資料單位。
2）記錄：一組相關資料項集合，描述物件某方面的屬性；
3）關鍵字：一個記錄中的一個或幾個資料項的集合，用於唯一的標識一個記錄。
4）檔案：由建立者定義的、具有檔名的一組相關元素的集合。
 有結構：由相關記錄組成
 無結構：字元流的形式
 屬性：型別、長度、物理位置、建立時間
1.2檔案型別
不同的系統對檔案的管理方式不同
1）大多用副檔名標誌檔案型別，按如下幾種方式分類檔案
 按用途：系統、使用者、庫檔案
 按資料形式：原始檔、目標檔案、可執行檔案
 按存取控制屬性：只執行、只讀、讀寫
 按組織和處理方式：普通檔案、目錄檔案、特殊（裝置）檔案
1.3檔案系統模型
系統管理檔案模型

1.3.1檔案管理的核心程式：
 檔案目錄的管理
 檔案共享和保護等
 檔案儲存空間的管理
 檔案邏輯地址轉換
 檔案讀寫管理
1.3.2檔案管理的核心程式的四個層次：
4）邏輯檔案系統 ：按名訪問，記錄存取，保護共享等
3）基本I/O管理程式 ：與磁碟I/O有關的事務：邏輯塊號到物理塊號的對映；空閒塊管理；指定I/O緩衝
2）基本檔案系統層 ：處理記憶體與磁碟間資料塊的交換。
1）I/O控制層 ：由磁碟驅動程式等組成的最底層，也稱裝置驅動層。
1.4檔案操作
1）最基本的操作
 建立/刪除檔案：分空間，形成FCB及目錄（名，地址）
 讀、寫：按名檢索目錄，找到檔案地址，開始讀、寫
 設定檔案讀寫位置，實現隨機存取（尤其適用於記錄檔案）
2）還需要：“開啟”與“關閉”：
檔案讀/寫操作 = 檢索 + 讀/寫。
 每次讀寫前都要重複檢索增大開銷。所以為了方便對同一檔案的多次讀寫，一次檢索到檔案後就在記憶體中記錄其位置，避免重複檢索。被記錄下位置的檔案就是“開啟”檔案；
 不需要再操作檔案時，通過“關閉”這個系統呼叫關閉檔案——即從開啟檔案表上刪除其路徑資訊即可。
3）其他操作：改名、改所屬使用者、改訪問許可權等屬性的操作。
2.檔案的邏輯結構
檔案系統設計的關鍵要素：如何構成一個檔案，以及如何儲存在外存。
2.1檔案結構：
1）檔案的邏輯結構file logical structure：按使用者觀點如何組織資料；又稱檔案組織file organization
 基本要求：檢索速度高、方便修改、降低儲存空間費用（不連續）
2）檔案的物理結構：根據外存上的物理塊的分配機制，記錄檔案外存的儲存結構。使用者感知不到的。
2.2檔案邏輯結構的型別
2.2.1有結構檔案（記錄式）
1）定長記錄
2）變長記錄
如何組織記錄：
 順序檔案。系統需按該型別記錄“長度”，通常定長。
 索引檔案。系統需為檔案建立索引表。
 索引順序檔案。建索引表，記錄每組記錄的第一個記錄位置。
2.2.2無結構檔案（字元流式）
1）位元組為單位，利用讀寫指標依次訪問。
2）系統對該類檔案不需格式處理。
2.3檔案分類
2.3.1順序檔案
1）兩種記錄排列方式
 串結構：按記錄形成的時間順序序列排序。記錄順序與關鍵字無關；
 順序結構：按關鍵字排序。
2）檢索方法：
 從頭檢索，順序查詢要找的記錄，定長的計算相對快。
 順序結構，可用折半查詢、插值查詢、跳步查詢等演算法提高效率
3）具體的定址過程：
 第i條記錄地址（定長） ：
讀寫指標 + 記錄長度： ptr + iL
 第i條記錄地址（變長） ：
掃描或讀取前面0~i-1條記錄
 第i條記錄地址（變長）
變長記錄資料前用1位元組儲存每條記錄長度，順序掃描，但不用把記錄全掃描完
4）順序結構記錄按關鍵字排序，可按關鍵字檢索
 定長：結合折半查詢演算法等提高檢索速度
 變長：從第1個記錄開始順序掃描，直到掃描到要檢索的關鍵字標識的記錄（例如：資料庫、檔案系統的基於檔名排序的目錄檢索）
5）順序檔案的優缺點：
 不方便隨機存取某條記錄，但適用批量存取的場合。
 適合磁帶等特殊介質。
 單記錄的查詢、修改等互動性差；增減不方便（改進辦法：把增刪改的記錄登記在一個事務檔案中，在某段時間間隔後再與原檔案合併更新）。
2.3.2索引檔案
為了方便單個記錄的隨機存取，為檔案建立一個索引表，記錄每項記錄在檔案的邏輯地址及記錄長度；該索引表按關鍵字排序，。
1）索引表內容：索引號、長度、記錄地址指標
2）檢索效率
 索引表本身即是個按記錄鍵排序的定長順序檔案，所以能利用演算法提高索引表檢索速度
3）折半檢索過程舉例
 給出使用者關鍵字
 檢索索引表(設有n條記錄,設一個索引表項佔x位元組)，則索引表的xn/2位元組處記錄著n/2號記錄的地址
 根據第2步的地址，讀一條記錄，若記錄中關鍵字不匹配，再判斷找第n/4還是第n/2+n/4條記錄
4）一個索引檔案可以有多個索引表
為方便使用者根據不同記錄屬性檢索記錄，為順序檔案建立多個索引表，每種能成為檢索條件的域都配備一張索引表。
5）索引檔案的優缺點
 適用於變長記錄，可提高檢索速度，實現直接存取
 索引表增加了儲存開銷
2.3.3索引順序檔案
1）既要方便，又要降低開銷
2）本方式是最常見的一種邏輯檔案形式。
 將順序檔案的所有記錄分組
 還是建立索引表，但每個表項記錄的是每組第1條記錄的鍵值和地址。
 組內記錄仍按順序方式檢索和使用。
3）檢索一條記錄的過程：
 先計算記錄是在第幾組，然後再檢索索引確定組在哪裡後，在組內順序查詢。
4）可利用多級索引，進一步提高檢索效率。
2.3.4直接檔案
1）給定鍵值（如學號）不需順序檢索直接得到記錄的實體地址
2）使用者對檔案的操作由作業系統按檔案結構分析執行
3）而操作歸根到底要到外存中進行實質操作。