六、檔案管理
1.引言
計算機系統中還有另一類資源是軟資源。軟資源包括各種系統程式、各種實用程式、各種應用程式、各種應用領域的程式，也包括大量的文件材料。每一種資源本身都是具有一定邏輯意義的、相關資訊的集合。在作業系統中它們以檔案形式儲存。大多數應用中，檔案是最重要的元素，每個應用總要使用和產生資料。一般從檔案中輸入資料，其產生的資料也存入檔案而長期儲存，供以後使用。系統的重要作用之一是能快速處理大量資訊，因此資料的組織、存取和保護是作業系統必須提供的一個重要的功能。檔案系統是作業系統中組織、存取和保護資料的一個重要部分。
（1）檔案的概念檔案是資訊的一種組織形式，是儲存在輔助儲存器上的具有標識名的一組資訊集合。它可以是有格式的，也可以是無格式的。與檔案相關的概念有:資料項、記錄、檔案和資料庫。資料項是資料的基本單位，一個數據項有一個值，資料項可能是定長的也可能是可變長度的。記錄是相關資料項的集合，與資料項類似，記錄的長度可能是定長的，也可能是可變長度的。檔案是記錄的集合，檔案是一個實體，被使用者或應用程式按名字訪問，為了安全，每一檔案都有訪問控制約束。資料庫是相關資料的集合，資料元素之間有直接的聯絡，這些聯絡是在設計時為若干個不同的應用而設計的。資料庫本身可由若干檔案組成。
（2）檔案系統作業系統的檔案系統包括兩個方面:一方面包括負責管理檔案的一組系統軟體，另一方面包括被管理的物件———檔案。檔案系統的主要目標是提高儲存器的利用率，接受使用者的委託實施對檔案的操作。為此要解決的主要問題是:管理輔助儲存器，實現檔案從名字空間到輔存地址空間的轉換，決定檔案資訊的存放位置、存放形式和存取許可權，實現檔案和目錄的操作，提供檔案分享能力和安全設施，提供友好的使用者介面。
（3）檔案型別檔案有多種分類方法，這是根據檔案的性質和用途區分的。①按檔案的用途可以分為系統檔案、庫檔案和使用者檔案等。②按檔案的資訊流向可以分為輸入檔案、輸出檔案和輸入輸出檔案等。③按檔案的組織形式可以分為普通檔案、目錄檔案和特殊檔案等。特殊檔案是UNIX系統採用的技術，是把所有的'輸入輸出裝置都視作檔案（特殊檔案）。特殊檔案的使用形式是與普通檔案相似的。④按檔案的安全屬性可分為只讀檔案、讀寫檔案、可執行檔案和不保護檔案等。
2.檔案的結構和組織
檔案的結構是指檔案的組織形式，從使用者觀點所看到的檔案組織形式，稱為檔案的邏輯結構;從實現觀點考察檔案在輔助儲存器上的存放方式，常稱為檔案的物理結構。
（1）檔案的邏輯結構檔案的邏輯組織是為了方便使用者的使用，一般檔案的邏輯結構可以分為兩種:無結構的字元流檔案和有結構的記錄檔案，後者也稱為有格式檔案。記錄檔案由記錄組成，即檔案內的資訊劃分成多個記錄，以記錄為單位組織和使用資訊。記錄檔案有順序檔案、索引順序檔案、索引檔案和直接檔案。
①順序檔案:許多檔案是順序檔案。順序檔案的記錄定長，記錄中的資料項的型別長度與次序固定，一般還有一個可以惟一標識記錄的資料項，稱為鍵（key），記錄是按鍵值的約定次序組織。順序檔案常用於批處理應用，對於查詢或更新某個記錄的請求的處理效能不佳。
②索引順序檔案:索引順序檔案是基於鍵的約定次序組織的，而且維護鍵的索引和溢位區域。鍵的索引也可以是多級索引。索引順序檔案既適用於互動方式應用，也適用於批處理的方式應用。
③索引檔案:索引順序檔案是基於記錄的一個鍵資料項組織的，而許多應用需按照別的資料項訪問檔案，為此，常採用索引檔案方法，即對主檔案中的記錄按需要的資料項（一個或幾個）建索引，索引檔案本身是順序檔案組織。
④直接檔案:直接檔案又稱雜湊（Hash）檔案，記錄以它們在直接訪問儲存裝置（DASD）上的實體地址直接（隨機）訪問。直接檔案常用於需要高速訪問檔案而且每次訪問一條記錄的應用中。
（2）檔案的物理結構檔案的物理結構側重於提高儲存器的利用效率和降低存取時間。檔案的儲存裝置通常劃分為大小相同的物理塊，物理塊是分配和傳輸資訊的基本單位。檔案的物理結構是指檔案在儲存裝置上的儲存方法。檔案的物理結構涉及檔案儲存裝置的組塊策略和檔案分配策略，決定檔案資訊在儲存裝置上的儲存位置，常用的檔案分配策略有:
①順序分配（連續分配）。這是最簡單的分配方法，在檔案建立時預先分配一個連續的物理塊集，然後，按照邏輯檔案中的資訊（或記錄）順序，依次把資訊（或記錄）順序儲存到物理塊中。這樣，只需知道檔案在檔案儲存裝置上的起始位置和檔案長度，就能進行存取，這種分配方法適合於順序存取，在連續存取相鄰資訊時，存取速度快。其缺點是在檔案建立時必須指定檔案的資訊長度，以後不能動態增長，一般不宜用於需要經常修改的檔案。
②連結分配（串聯分配）。這是按單個物理塊逐個進行的。每個物理塊中（一般是最後一個單元）