[科普中国]-文件目录管理程序

简介

为了方便用户的使用，对于一些当前需要使用的系统文件和用户文件，都必须放在可随机存取的磁盘上。在多用户环境下，若由用户自己对文件的存储进行管理，不仅非常困难，而且也必然是十分低效的。因而，需要由文件系统对诸多文件及文件的存储空间实施统一的管理。其主要任务是为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系统的存、取速度。

文件目录管理程序是操作系统中用于检索、管理和存取目录的程序。主要目的有：为了使用户能方便地在外存上找到自己所需的文件；为每个文件建立其目录项，并对众多的目录项加以有效的组织，以实现方便的按名存取，即用户只须提供文件名便可对该文件进行存取。目录管理还应能实现文件共享，这样，只须在外存上保留一份该共享文件的副本。此外，还应能提供快速的目录查询手段，以提高对文件的检索速度。1

目录管理为了能有效地管理大量文件，必须对它们加以妥善的组织。这主要依赖于文件目录来实现。或者说，文件目录具有将文件名转换为该文件在外存的物理位置的功能，这也正是文件目录提供的最基本的功能。对文件目录的管理有以下要求：

(1) 实现“按名存取” ，即用户只须向系统提供所需访问文件的名字，便能快速准确地找到指定文件在外存上的存储位置。这是目录管理中最基本的功能，也是文件系统向用户提供的最基本的服务。

(2) 提高对目录的检索速度。通过合理地组织目录结构的方法，可加快对目录的检索速度，从而提高对文件的存取速度。这是在设计一个大、中型文件系统时所追求的主要目标。

(3) 文件共享。在多用户系统中，应允许多个用户共享一个文件。这样就须在外存中只保留一份该文件的副本，供不同用户使用，以节省大量的存储空间，并方便用户和提高文件利用率。

(4) 允许文件重名。系统应允许不同用户对不同文件采用相同的名字，以便于用户按照自己的习惯给文件命名和使用文件。

目录结构目录结构的组织，关系到文件系统的存取速度，也关系到文件的共享性和安全性。因此，组织好文件的目录，是设计好文件系统的重要环节。目前常用的目录结构形式有单级目录、两级目录和多级目录。

单级目录结构这是最简单的目录结构。在整个文件系统中只建立一张目录表，每个文件占一个目录项，目录项中含文件名、文件扩展名、文件长度、文件类型、文件物理地址以及其它文件属性。此外，为表明每个目录项是否空闲，又设置了一个状态位。

单级目录的优点是简单且能实现目录管理的基本功能——按名存取，但却存在下述一些缺点：

(1) 查找速度慢。对于稍具规模的文件系统，会拥有数目可观的目录项，致使为找到一个指定的目录项要花费较多的时间。对于一个具有 N 个目录项的单级目录，为检索出一个目录项，平均需查找 N/2 个目录项。

(2) 不允许重名。在一个目录表中的所有文件，都不能与另一个文件有相同的名字。然而，重名问题在多道程序环境下却又是难以避免的；即使在单用户环境下，当文件数超过数百个时，也难于记忆。

(3) 不便于实现文件共享。通常，每个用户都有自己的名字空间或命名习惯。因此，应当允许不同用户使用不同的文件名来访问同一个文件。然而，单级目录却要求所有用户都用同一个名字来访问同一文件。简言之，单级目录只能满足对目录管理的四点要求中的第一点， 因而，它只能适用于单用户环境。

两级目录结构为了克服单级目录结构的缺点，可为每用户建立一个单独的用户文件目录UFD（User FileDirectory），它由用户所有文件的文件控制块组成。再在系统中建立一个主文件目录MFD（Master File Directory）；在主文件目录中，每个用户文件目录都占有一个目录项；其目录项中包括用户名和指向 该用户目录文件的指针。

两级目录结构基本上克服了单级目录的缺点，并具有以下优点：提高了检索目录的速度；在不同的用户目录中，可使用相同的文件名，只 要在用户自己的UFD中其文件名都是唯一的；不同用户可使用不同文件名来访问系统中的同一个共享文件。1

多级目录结构对于大型文件系统，通常采用三级或三级以上的目录结构，以提高对目录的检索速度和文件系统的性能。多级目录结构又称为树型目录结构，主目录在这里被称为根目录，把数据文件称为树叶，其它的目录均作为树的结点。树型目录具有检索效率高、允许重名、便于实现文件共享等一系列优点。主目录在树型目录结构中，作为树的根结点，称为根结点。数据文件作为树叶，其它所有目录均作为树的结点。