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  • 文件与磁盘空间管理---外存分配方式、存储空间管理

    一、外存分配方式

    a.目标:有效利用外存空间,提高文件访问速度
    b.采用的磁盘分配方式决定了文件的物理结构
    顺序结构;链接式结构;索引式结构。

    c.常用的外存组织三种方式:

    1. 连续分配(顺序结构
      a.为每一个文件分配一组相邻的盘块。
      b.逻辑文件中的记录顺序与存储器中文件占用盘块的顺序一致。
      优点:顺序访问容易,读写速度快
      缺点
      *会产生外存碎片。可紧凑法弥补,但需要额外的空间,和内存紧凑相比更花时间。
      *创建文件时要给出文件大小;存储空间利用率不高,不利于文件的动态增加和修改;
      适用于变化不大顺序访问的文件,在流行的UNIX系统中仍保留了连续文件结构。如对换区

    2. 链接分配(不连续)(链接式结构
      可以为每一个文件分配一组不相邻的盘块。
      设置链接指针,将同属于一个文件的多个离散盘块链接成一个链表,这样形成的文件称为链接文件。会有链接成本。
      (1)优点
      离散分配,消除外部碎片,提高利用率
      同时适用于文件的动态增长;修改容易
      ==>>不足
      ①顺序检索的时间成本:不能支持高效的盘块直接存取。要对一个文件进行直接存取,仍需在FAT中顺序的查找许多盘块号。
      ②链接信息的空间成本:FAT需占用较大的内存空间。当磁盘容量较大时,FAT可能要占用数MB以上的内存空间。这是令人难以忍受的
      (2)链接有两种形式:
      ①隐式链接
      a.链接信息隐含记录在盘块数据中;记录中只有开始盘块号和结束盘块号
      b.每个盘块拿出若干字节,记录指向下一盘块号的指针。(减少了每一块存储的字节数)
      c.问题:只能顺着盘块读取,可靠性低(花费的时间长
      ②显式链接(FAT–file allocationtable)
      a.链接信息以信息表的形式显示存放
      b.属于一个文件的盘块通过链接成为一体,每个链条的首地址作为文件地址记录在相应文件的FCB(文件控制块)的“物理地址”字段中。
      c.记录盘块链接的指针显示地记录为一张链接表
      d.所有已分配的盘块号都记录在其中,称文件分配表(FAT)
      e.为了提高文件系统访问速度,FAT一般常驻内存
      (根据FAT可知外存大小)

      在这里插入图片描述

    3. 索引分配(索引式结构
      a.系统运行时只涉及部分文件,FAT表无需全部调入内存
      b.每个文件单独建索引表(物理盘块索引),记录所有分配给它的盘块号;
      c.建立文件时,便分配一定的外存空间用于存放文件盘块索引表信息;
      (1)单级索引分配
      分配一个盘块存储该文件占用的盘块号
      a.索引形式适合大文件
      b.中、小型文件,只需若干链接即可。若用索引分配方式,用一个盘块存放少量索引信息反而不适用。
      (2)多级索引
      a.若文件较大,存放索引表也需要多个盘块(索引盘块)。
      b.索引盘块亦需要按顺序管理起来
      若索引盘块数量较少,比指针链接方式浪费空间,用指针链接的方式即可
      索引盘块较多,需对索引盘块也采用索引方式管理,形成多级索引
      FBC中存放文件名和主索引号,主索引中再存放一级索引
      在这里插入图片描述
      (3)混合组织索引(增量式索引组织方式)
      一个索引结点定义为13个地址项:iaddr(0)~iaddr(12),总的来说分为两种:直接地址、间接地址
      a. iaddr(0)~iaddr(9)存放直接地址,即存文件数据的盘块号(仅需访问磁盘一次)
      b. iaddr(10)存放单级索引的索引盘块号(需两次访问磁盘)
      c. 剩余的用于文件较大时存放多级索引数据。
      *iaddr(11)存放二级索引的主索引盘块号(需三次访问磁盘)
      *iaddr(12)存放三级索引的主索引盘块号(需四次访问磁盘)

    例题:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    二、存储空间的管理

    为实现存储空间分配,系统需要:
    a.记住空闲存储空间使用情况;为空间设置相应的数据结构
    b.提供对存储空间分配、回收的操作手段。

    典型的管理方法:
    (1)空闲表和空闲链表法
    ①空闲表法
    常用于连续分配管理方式
    数据结构:
    a.系统为外存上的所有空闲区建立一张空闲表
    b.每个空闲区对应一个空闲表项(表项包括序号、空闲区的第一个盘块号、空闲盘块数等。)
    c.将所有空闲区按其起始盘块号递增的次序排列
    ②空闲链表法
    将所有空闲盘区拉成一条空闲链。
    数据结构:
    根据构成链所用基本元素的不同,可把链表分成两种形式:
    a.空闲盘块链
    优点:分配和回收一个盘块的过程非常简单,链表长,大量分配时需要操作的指针多
    b.空闲盘区链
    链表长度不定,分配时操作的指针数量相对较少,但分配回收操作相对复杂。

    (2)位示图法
    值为0表示对应的盘块空闲,为1表示已分配。有的系统则相反。
    总块数:mn
    在这里插入图片描述
    a.盘块号计算公式:
    j从1开始:盘块号 = 列总数*(i-1)+ j
    j从0开始:盘块号 = 列总数*(i-1)+ j+1
    b.根据盘块算行列计算公式:
    i从1开始:i=(盘块号-1)/列数+1;j=(盘块号-1)%列数+1
    i从0开始:i=(盘块号-1)/列数;j=(盘块号-1)%列数
    c.优缺点:从位示图中很容易找到一个或一组相邻接的空闲盘块。但限于容量问题,常用于微型机和小型机中

    (3)成组链接法
    a.大型文件系统,空闲表或空闲链表太长不方便管理操作。
    b.UNIX系统中采用成组链接法,这是将两种方法结合而形成的一种空闲盘块管理方法。
    c.中心思想:
    所有盘块按规定大小划分为组;
    组间建立链接;
    组内的盘块借助一个系统栈可快速处理,且支持离散分配回收

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