操作系統通過什么對程序和數據進行管理？

現代OS幾乎都是通過文件系統來組織和管理在計算機中所存儲的大量程序和數據的。文件系統的管理功能是通過把它所管理的程序和數據組織成一系列文件的方法來實現的。而文件則是指具有文件名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數據項的集合。可以把數據組成分為數據項、記錄、文件。

①數據項，數據項是最低級數據組織形式。分為基本數據項（用于描述一個對象某種屬性的字符集，是數據組織中可以明明的最小邏輯數據單位，即原子數據，又稱為數據元素或字段）和組合數據項（由若干個基本數據項組成）

② 記錄，是一組相關數據項的集合，用于描述一個對象在某方面的屬性，為了能夠唯一標識一個記錄，需要在一個記錄的各個數據項中確定一個或幾個數據項，把他們的集合稱為關鍵字，關鍵字是能夠唯一標識一個記錄的數據項。

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信息記錄）和無結構文件（又稱流式文件：被看成是一個字符流。比如一個二進制文件或字符文件）。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符流。文件是文件系統的最大數據單位。文件應該具有自己的屬性，包括文件類型（如源文件、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（文件最后一次修改時間）。　一個文件可對應若干個記錄，一個記錄可對應若干個數據項。

文件系統管理的對象有：文件（作為文件管理的直接對象），目錄（為了方便用戶對文件的存取和檢索，在文件系統中配置目錄，每個目錄項中，必須含有文件名及該文件所在的物理地址，對目錄的組織和管理是方便和提高對文件存取速度的關鍵），磁盤（文件和目錄必定占用存儲空間，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）。

文件的屬性

①名稱：文件名稱唯一，以容易讀取的形式保存。

②標識符：標識文件系統內文件的唯一標簽,通常為數字，它是對人不可讀的一種內部名稱。

③類型：被支持不同類型的文件系統所使用。

④位置：指向設備和設備上文件的指針。

⑤大小：文件當前大小（用字節、字或塊表示），也可包含文件允許的最大值。

⑥保護：對文件進行保護的訪問控制信息。

⑦時間、日期和用戶標識：文件創建、上次修改和上次訪問的相關信息，用于保護、 安全和跟蹤文件的使用。

文件的基本橾作

① 創建文件，在創建一個新文件時，系統首先要為新文件分配必要的外存空間，并在文件系統的目錄中，為之建立一個目錄項，目錄項中應該記錄新文件的文件名及其在外存的地址等屬性。

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，使之成為空項，然后回收該文件所占用的存儲空間。

③ 讀文件，讀文件時，須在相應系統調用中給出文件名和應讀入的內存目標地址。此時，系統要查找目錄，找到指定目錄項，從中得到被讀文件在外存中的位置。在目錄項中，還有一個指針用于對文件進行讀/寫。

④ 寫文件，寫文件時，須在相應系統調用中給出文件名和其在內存源地址。此時，系統要查找目錄，找到指定目錄項，從再利用目錄中的寫指針進行寫操作。

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，則可采取截斷文件的方法，其將原有的文件長度設置為0，放棄原有文件的內容。

⑥ 設置文件的讀/寫位置，用于設置文件讀/寫指針的位置，以便每次讀/寫文件時，不需要從始端開始而是從所設置的位置開始操作。可以改順序存取為隨機存取。

文件的打開和關閉

來源：當前OS所提供的大多數對文件的操作，其過程大致都是這樣兩步：首先，檢索文件目錄來找到指定文件的屬性及其在外存上的位置；然后，對文件實施相應的操作，如讀/寫文件等，當用戶要求對一個文件實施多次讀/寫或其他操作時，每次都要從檢索目錄開始，為了避免多次重復地檢索目錄，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。

打開是指系統將指名文件的屬性（包括該文件在外存上的物理位置）從外存拷貝到內存打開文件表的一個表目中，并將該表目的編號（索引號）返回給用戶，以后，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，如果用戶不再需要對該文件實施操作，可利用關閉系統調用來關閉此文件，OS將會把該文件從打開文件表中的表目上刪除掉。文件的邏輯結構類型無結構文件（流式文件）

無結構文件是最簡單的文件組織形式。無結構文件將數據按順序組織成記錄并積累保存，它是有序相關信息項的集合，以字節(Byte)為單位。由于無結構文件沒有結構，因而對記錄的訪問只能通過窮舉搜索的方式，故這種文件形式對大多數應用不適用。但字符流的無結構文件管理簡單，用戶可以方便地對其進行操作。所以，那些對基本信息單位操作不多的文件較適于釆用字符流的無結構方式，如源程序、可執行文件、庫函數等。