（一）课程导入（5分钟）
1. 展示生活场景：展示计算机中文件管理的界面截图，如Windows资源管理器或Linux文件目录结构，提问学生“我们在计算机中存储和查找文件时，背后的操作系统是如何管理这些文件的呢？”引导学生思考文件系统的作用，从而引出本节课的主题。
2. 知识回顾：简要回顾操作系统的基本功能，如进程管理、存储管理等，强调文件系统作为操作系统中管理信息资源的重要组成部分，与其他功能模块相互协作，为用户提供高效的文件管理服务。
（二）知识讲解（30分钟）
1. 文件管理的基本概念（5分钟）
文件和文件系统的定义：讲解文件是一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项序列，文件系统是操作系统中统一管理信息资源的软件。通过举例，如一篇文档、一张图片等，帮助学生理解文件的概念；以图书馆的图书管理系统类比文件系统，图书馆的管理员（文件系统）负责管理图书（文件）的存放、借阅等，使学生对文件系统有更直观的认识。
文件系统的功能：详细介绍文件系统的七大功能，包括统一管理文件存储空间、实现按名存取、实现文件信息共享与保护、提供方便使用的接口、系统维护与提供信息、保持执行效率、提供I/O统一接口。结合日常生活中使用计算机的场景，如保存和打开文件、共享文件等，解释每个功能的具体含义和作用，让学生明白文件系统在用户与计算机之间的桥梁作用。外存储设备和文件存取方法：介绍外存储设备由驱动部分和存储介质组成，常见的存储介质有磁带、磁盘、光盘、闪存等。讲解文件常用的存取方法为顺序存取和随机存取，结合不同存储介质的特点，分析两种存取方法的适用场景。例如，磁带适合顺序存取，因为磁带是线性存储，顺序读取效率高；磁盘则更适合随机存取，因为可以快速定位到指定位置。
文件分类：讲解文件按性质和用途可分为系统文件、库函数文件、用户文件；按组织形式可分为普通文件、目录文件、特殊文件；还可以按保护方式、信息流向、存放时限、介质类型等进行分类。通过举例，让学生了解不同类型文件的特点和区别，以及分类的目的是提高系统管理效率和用户界面友好性。
2. 文件的逻辑结构和物理结构（7分钟）
设计文件逻辑结构的原则：讲解设计文件逻辑结构应遵循易于操作、查找快捷、修改方便、空间紧凑的原则。以文本文件为例，若逻辑结构设计合理，用户在编辑和查找内容时会更加高效，且占用较少的存储空间。
文件的逻辑结构：介绍文件的逻辑结构是用户所看到的文件组织形式，分为无结构的字符流式文件、定长记录文件和不定长记录文件构成的记录树。通过实例，如一个简单的文本文件（字符流式文件）、数据库中的表格（定长记录文件），帮助学生理解不同逻辑结构文件的特点和应用场景。
文件的物理结构：讲解文件的物理结构是指文件在物理存储器上的存储方式，常用的有顺序结构、链接结构和索引结构。详细介绍顺序结构的原理，即逻辑上连续的文件信息存放在连续编号的物理块中，通过图示展示其优点是存取速度快，支持顺序和随机存取，但缺点是可能产生碎片，不利于文件动态扩充。以连续存放的视频文件为例，说明顺序结构的特点。讲解链接结构的原理，即每个文件构造磁盘块的链表，分析其优点是解决了碎片问题，有利于文件动态扩充，但存取速度慢，不适于随机存取，且存在可靠性问题。通过FAT文件系统的例子，进一步说明链接结构的实现方式。介绍索引结构的原理，即把物理盘块指针集中存放在索引表中，分析其优点是既适于顺序存取，也适用于随机存取，能满足文件动态增长和插入删除的要求，但缺点是会增加寻道次数和索引表的存储空间开销。以大型数据库文件为例，说明索引结构的应用。对比三种物理结构的优缺点，帮助学生根据不同的应用场景选择合适的文件物理结构。
3. 文件目录（7分钟）
文件控制块和目录项：讲解文件控制块（FCB）是系统为管理文件设置的数据结构，是文件存在的标志，记录了系统管理文件所需的全部信息，如文件名、文件地址、文件长度等。介绍目录项是将文件控制块做成定长数据结构的记录，存放在目录文件中。通过实际文件的属性查
看，让学生了解文件控制块中包含的信息。
文件目录结构：讲解文件目录是实现用户按名存取文件的手段，介绍一级目录结构是在系统中设置一张线性目录表，包含所有文件的FCB，但存在命名冲突和检索速度慢的问题。以早期简单的文件管理系统为例，说明一级目录结构的局限性。介绍二级目录结构是为克服一级目录的缺点而改进的，将目录分为主目录和用户目录，提高了检索速度和解决了命名冲突问题。通过图示，详细讲解二级目录结构的工作原理。
介绍多级目录结构（树型目录结构）是将二级目录的层次关系推广而来，具有层次清楚、解决文件重名问题、查找搜索速度快的优点，目前大多数操作系统都采用这种结构。以UNIX操作系统的目录树为例，让学生熟悉多级目录结构的组织方式和查找过程。
当前目录与目录检索：讲解当前目录（工作目录）的概念，用户可随意更改当前目录，在访问文件时，系统按名寻找目录项。介绍目录检索的两种方法：全路径名和相对路径，通过实际操作演示，让学生掌握如何使用这两种路径进行文件查找。
目录项分解法和文件目录的实现：讲解目录项分解法是将目录项分为符号目录项和基本目录项，以提高目录检索效率。介绍UNIX和FAT文件系统中文件目录的实现方式，通过图示和实例，让学生了解不同操作系统中文件目录的存储和查找机制。
4. 文件存储空间管理（5分钟）
位示图：讲解位示图法利用二进制位反映磁盘空间的分配使用情况，每一位对应一个物理块，0表示空闲，1表示已分配。通过图示详细介绍位示图的结构和查找空闲块的方法，分析其优点是描述能力强、占用空间小、查找方便，适用于各种文件物理结构的文件系统。
空闲块表：介绍空闲块表专门记录外存储器全部空闲的物理块，包括首空闲块号和空闲块个数，特别适合顺序结构的文件系统。通过实例，演示如何使用空闲块表进行磁盘空间的分配和回收。
空闲块链表：讲解空闲块链表是将所有空闲物理块连成一个链表，用空闲块首指针指向第一个空闲块，每个空闲块包含指向下一个空闲块的指针。分析其优点是简单直观，但查找效率较低。
空闲块成组链接法：以UNIX系统为例，详细介绍空闲块成组链接法的原理和分配回收算法。通过逐步讲解算法步骤，结合图示，让学生理解
这种方法如何有效地管理磁盘空闲空间。
5. 实现文件系统的表目（2分钟）
系统打开文件表：讲解系统打开文件表用于保存已打开文件的FCB，还包含共享计数、修改标志等信息。通过图示，说明共享计数和修改标志的作用，如共享计数用于记录同时打开同一个文件的进程数，修改标志用于判断文件关闭时是否需要写回磁盘。
用户打开文件表：介绍每个进程都有一个用户打开文件表，以UNIX为例，讲解其包含的内容，如文件描述符、打开方式、读写指针、系统打开文件表入口等。通过图示，展示系统打开文件表和用户打开文件表之间的关系，即用户打开文件表指向系统打开文件表，多个进程共享同一个文件时，多个用户打开文件表目对应系统打开文件表的同一入口。
6. 文件及文件目录的操作（2分钟）
文件操作：讲解典型的文件操作，如建立文件、打开文件、读文件、写文件、关闭文件、删除文件、指针定位等。详细介绍每个操作的系统调用格式和系统主要完成的工作，通过实际编程示例或命令行操作演示，让学生了解文件操作的具体过程和应用场景。
目录操作：介绍对目录的常见操作，如创建目录、删除目录、打开目录、关闭目录、读取目录、重命名目录、链接文件、解除链接等。讲解每个操作在不同系统中的实现方式和注意事项，如删除目录时只有当目录为空时才能删除，链接技术可以在多个目录中出现同一文件等。
7. 文件系统的性能（1分钟）
磁盘高速缓存：讲解磁盘高速缓存是提高文件系统性能的一种技术，介绍记录的成组和分解操作。通过实例，说明记录成组是将若干逻辑记录合成一组存放于一个物理块，减少磁盘I/O次数；记录分解则是从一组逻辑记录中分离出一个逻辑记录。
RAID技术：介绍RAID技术是为了解决磁盘速度慢和故障问题而提出的，讲解RAID的不同模式，如RAID0（块分布式存储）、RAID1（镜像存储）等，分析每种模式的特点和应用场景，如RAID0适用于对读写速度要求高但对数据安全性要求较低的场景，RAID1则提供了数据冗余和高可靠性。
8. 文件共享、保护（1分钟）
文件共享：讲解文件共享的概念和好处，如节省存储空间、减少重复性劳动等。介绍文件共享的两种使用情况（可同时使用和不允许同时使用）和三种共享形式（由存取权限控制、分别用自己的读写指针、共享读写指针）。以多人协作编辑文档为例，说明不同共享形式的应用。
介绍在多级目录结构中，连接法是常用的实现文件共享的技术，通过两种连接方式实现文件共享。
文件存取控制：讲解文件系统为保护文件采用的方法，如建立副本、定时转储、规定文件的存取权限等。介绍规定用户使用文件权限的两种方法：采用树形目录结构和存取控制表。以UNIX系统为例，详细讲解存取控制矩阵、二级存取控制和UNIX中文件存取权限的管理方案，让学生了解如何通过权限管理确保文件的安全性。
（三）课堂讨论（5分钟）
1. 提出问题：提出具有启发性和讨论价值的问题，如“在一个大型企业的文件管理系统中，应该选择哪种文件物理结构和目录结构，为什么？”“如何在保证文件共享的同时，确保文件的安全性？”“对比不同的磁盘空间管理方法，分析它们在不同应用场景下的优劣。”等。
2. 组织讨论：将学生分成小组进行讨论，鼓励学生积极发表观点，分享自己的理解和想法。教师在各小组间巡视，参与讨论，适时给予引导和启发，帮助学生拓展思路，深入分析问题。
3. 总结点评：各小组代表发言，分享小组讨论结果。教师对各小组的讨论情况进行总结和点评，肯定学生的正确观点，纠正错误认识，补充完善知识点，进一步加深学生对文件系统知识的理解和应用能力。例如，在讨论文件物理结构和目录结构选择时，引导学生考虑企业文件的规模、使用频率、数据安全性等因素；在讨论文件共享和安全时，帮助学生理解存取权限管理的重要性和实现方式。
（四）课堂总结（3分钟）
1. 知识回顾：结合PPT或板书，与学生一起回顾本节课所学的重点知识，包括文件系统的基本概念、文件的逻辑和物理结构、文件目录、磁盘空间管理、文件及目录的操作、文件系统性能优化、文件共享和保护等方面的内容。以思维导图的形式呈现知识框架，帮助学生梳理知识点之间的联系，加深记忆。
2. 强调重点：强调本节课的重点和难点内容，如文件物理结构的特点、目录检索的方法、磁盘空间管理算法、文件共享和保护的机制等，提醒学生在课后复习时重点关注。对学生在课堂上的表现进行总结和鼓励，激发学生继续学习操作系统相关知识的积极性。
（五）课后作业（2分钟）
1. 书面作业：布置书面作业，要求学生完成PPT中的复习题，通过书面作业巩固本节课所学的知识点，加深对文件系统概念、原理和方法的理解。
例如，让学生分析给定场景下文件系统应采用的结构和管理方法，计算位示图中空闲块的数量，描述文件操作的具体步骤等。
2. 实践作业：让学生在自己熟悉的操作系统中，进行文件和目录的创建、删除、移动、复制等操作，观察并记录操作过程和结果，分析操作过程中涉及的文件系统知识。或者让学生查阅资料，了解某一特定操作系统（如Windows或Linux）中文件系统的高级特性和优化方法，并撰写一篇简短的报告，培养学生的实践能力和自主学习能力。
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