操作系统通过什么对程序和数据进行管理？

现代OS几乎都是通过文件系统来组织和管理在计算机中所存储的大量程序和数据的。文件系统的管理功能是通过把它所管理的程序和数据组织成一系列文件的方法来实现的。而文件则是指具有文件名的若干相关元素的集合。元素通常是记录，而记录是一组有意义的数据项的集合。可以把数据组成分为数据项、记录、文件。

①数据项，数据项是最低级数据组织形式。分为基本数据项（用于描述一个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以明明的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段）和组合数据项（由若干个基本数据项组成）

② 记录，是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性，为了能够唯一标识一个记录，需要在一个记录的各个数据项中确定一个或几个数据项，把他们的集合称为关键字，关键字是能够唯一标识一个记录的数据项。

③ 文件，文件是具有文件名的一组相关元素的集合，分为有结构文件（又称记录式文件：文件由一组相似记录组成 。如报考某学校的所有考生的报考信息记录）和无结构文件（又称流式文件：被看成是一个字符流。比如一个二进制文件或字符文件）。有结构文件由若干个相关记录组成，无结构文件则被看成一个字符流。文件是文件系统的最大数据单位。文件应该具有自己的属性，包括文件类型（如源文件、目标文件、可执行文件等），文件长度（文件的当前长度，也可能是最大允许长度），文件的物理位置（指示文件在哪一个设备上及在该设备的哪个位置的指针），文件的建立时间（文件最后一次修改时间）。　一个文件可对应若干个记录，一个记录可对应若干个数据项。

文件系统管理的对象有：文件（作为文件管理的直接对象），目录（为了方便用户对文件的存取和检索，在文件系统中配置目录，每个目录项中，必须含有文件名及该文件所在的物理地址，对目录的组织和管理是方便和提高对文件存取速度的关键），磁盘（文件和目录必定占用存储空间，对这部分空间的有效管理，不仅能提高外存的利用率，而且能提高对文件的存取速度）。

文件的属性

①名称：文件名称唯一，以容易读取的形式保存。

②标识符：标识文件系统内文件的唯一标签,通常为数字，它是对人不可读的一种内部名称。

③类型：被支持不同类型的文件系统所使用。

④位置：指向设备和设备上文件的指针。

⑤大小：文件当前大小（用字节、字或块表示），也可包含文件允许的最大值。

⑥保护：对文件进行保护的访问控制信息。

⑦时间、日期和用户标识：文件创建、上次修改和上次访问的相关信息，用于保护、 安全和跟踪文件的使用。

文件的基本橾作

① 创建文件，在创建一个新文件时，系统首先要为新文件分配必要的外存空间，并在文件系统的目录中，为之建立一个目录项，目录项中应该记录新文件的文件名及其在外存的地址等属性。

② 删除文件，当已不再需要某文件时，可将其从文件系统中删除，在删除时，系统应先从目录中找到要删除文件的目录项，使之成为空项，然后回收该文件所占用的存储空间。

③ 读文件，读文件时，须在相应系统调用中给出文件名和应读入的内存目标地址。此时，系统要查找目录，找到指定目录项，从中得到被读文件在外存中的位置。在目录项中，还有一个指针用于对文件进行读/写。

④ 写文件，写文件时，须在相应系统调用中给出文件名和其在内存源地址。此时，系统要查找目录，找到指定目录项，从再利用目录中的写指针进行写操作。

⑤ 截断文件，如果一个文件的内容已经陈旧而需要全部更新时，一种方法是将此文件删除，再重新创建一个新文件，但如果文件名和属性均无改变，则可采取截断文件的方法，其将原有的文件长度设置为0，放弃原有文件的内容。

⑥ 设置文件的读/写位置，用于设置文件读/写指针的位置，以便每次读/写文件时，不需要从始端开始而是从所设置的位置开始操作。可以改顺序存取为随机存取。

文件的打开和关闭

来源：当前OS所提供的大多数对文件的操作，其过程大致都是这样两步：首先，检索文件目录来找到指定文件的属性及其在外存上的位置；然后，对文件实施相应的操作，如读/写文件等，当用户要求对一个文件实施多次读/写或其他操作时，每次都要从检索目录开始，为了避免多次重复地检索目录，在大多数OS中都引入了打开这一文件系统调用，当用户第一次请求对某文件系统进行操作时，先利用open系统调用将该文件打开。

打开是指系统将指名文件的属性（包括该文件在外存上的物理位置）从外存拷贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的编号（索引号）返回给用户，以后，当用户再要求对该文件进行操作时，便可利用系统所返回的索引号向系统提出操作请求，系统便可直接利用该索引号到打开文件表中去查找，从而避免了对该文件的再次检索，如果用户不再需要对该文件实施操作，可利用关闭系统调用来关闭此文件，OS将会把该文件从打开文件表中的表目上删除掉。文件的逻辑结构类型无结构文件（流式文件）

无结构文件是最简单的文件组织形式。无结构文件将数据按顺序组织成记录并积累保存，它是有序相关信息项的集合，以字节(Byte)为单位。由于无结构文件没有结构，因而对记录的访问只能通过穷举搜索的方式，故这种文件形式对大多数应用不适用。但字符流的无结构文件管理简单，用户可以方便地对其进行操作。所以，那些对基本信息单位操作不多的文件较适于釆用字符流的无结构方式，如源程序、可执行文件、库函数等。