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【操作系统学习笔记】文件管理1.4

参考书籍: 王道考研
视频地址: Bilibili

文件的物理结构

文件快、磁盘块

在内存管理中，进程的逻辑空间被分为一个一个页面。同样的，在外存管理中，为了方便对文件数据的管理，文件的逻辑地址空间被分为了一个一个的文件快。于是文件的逻辑地址也可以表示为（逻辑块号、块内地址）的形式

用户操作文件时使用逻辑块号，操作系统负责将逻辑块号映射为物理块号

连续分配

连续分配方式要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块

（逻辑地址，块内地址）->（物理地址，块内地址）: 需要转换块号。用户给出要访问的逻辑块号，操作系统找到该文件对应的目录项 FCB。物理块号 = 起始块号 + 起始块号

• 优点
  • 可以直接计算出逻辑块号对应的物理块号，因此连续分配支持顺序访问和直接访问（即随机访问）
  • 读取某个磁盘块时，需要移动磁头。访问两个磁盘块相隔越远，移动磁头所需的时间越长。连续分配的文件在顺序读/写的速度最快
• 缺点
  • 物理上采用连续分配的文件拓展不方便
  • 存储空间利用率低，会产生难以利用的磁盘碎片

链接分配

链接分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。分为隐式链接和显式链接两种

• 隐式分配

目录中记录了文件存放的起始块号和结束块号。当然，也可以增加一个字段来表示文件的长度。除了文件的最后一个磁盘外，每个磁盘中都会保存指向下一个磁盘块的指针，这些指针对用户是透明的

用户给出要访问的逻辑块号，操作系统查找该文件对应的目录 FCB。从目录项中找到起始块号，将其读入内存，并根据指针访问下一块，知道访问到结束块号才停止

• 优点

  • 物理上离散分配，便于拓展
  • 外存利用率高，不会产生文档碎片

• 缺点

  • 只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低

• 显式分配

把用于连接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中。即文件分配表 FAT。一个磁盘仅设置一张 FAT。开机时，将 FAT 读入内存，并常驻内存。FAT 的各个表项在物理上连续存储，且每一个表项长度相同，因此物理块号字段可以是隐含的

• 优点
  • 很方便文件拓展
  • 不会产生文档碎片
  • 支持随机访问
  • 地址转换不需要访问磁盘，效率更高
• 缺点
  • FAT 需要占用一定存储空间

索引分配

索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中，系统会为每个文件建立一张索引表，索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块（索引表的功能类似于内存管理中的页表————建立逻辑页面到物理页之间的映射关系）。索引表存放的磁盘块称为索引块。文件数据存放的磁盘块称为数据块

• 优点
  • 支持随机访问
  • 很方便文件拓展
• 缺点
  • 索引表需要占据一定的存储空间

若一个文件的大小超过 256 块，那么一个磁盘表是装不下整张索引表的，如何解决

• 链接方案: 如果索引表太大，一个索引表装不下，那么可以将多个索引块链接起来存放
• 多层索引: 建立多级索引，类似多级页表。使第一层索引块指向第二层索引块，还可以第三层、第四层…
• 混合索引: 多级索引分配方式的结合有。例如一个文件的顶级索引表中，即包含直接地址索引，又包含一级间接索引、还包含两级间接索引