第28讲 文件管理之文件存储空间管理

第二十八讲文件管理之文件存储空间管理

文件存储空间的管理，就是空闲空间的管理。下面介绍几个常用的管理方法：

1 空闲表法和空闲链表法

1.1 空闲表法

空闲表：系统为空闲区建立一张空闲表，每个空闲区对应于一个空闲表项，其中包括表项序

号、该空闲区的第一个盘块号、该区的空闲盘块数等信息。再将所有空闲区按其起始盘块号递增的次序排列，

如下图。

存储空间的分配和回收：

➢与内存的动态分配类似，同样是采用首次适应算法、循环首次适应算法等。

➢内存管理中虽然很少采用连续分配方式，然而在外存的管理中，由于它具有较高的分配速度，可减少访问磁盘的I/O频率，故仍可采用连续分配算法。

1.2 空闲链表法

空闲链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲链。根据构成链所用基本元素的不同，可把链表分成两种形式：

1.空闲盘块链：将磁盘上的所有空闲空间，以盘块为单位拉成一条链。

分配存储空间时，系统从链首开始，依次摘下适当数目的空闲盘块分配给用户。

释放存储空间时，系统将回收的盘块依次插入空闲盘块链的末尾。

优点：是用于分配和回收一个盘块的过程非常简单

缺点：是分配盘块时，可能要重复操作多次

2.空闲盘区链：将磁盘上的所有空闲盘区（每个盘区可包含若干盘块）拉成一条链。

➢在每个盘区上除含有用于指示下一个空闲盘区的指针外，还应有能指明本盘区大小的信息。

➢分配盘区的方法与内存动态分区分配类似，通常采用首次适应算法。

➢在回收盘区时，同样也要将回收区与相邻的空闲盘区相合并。

➢在采用首次适应算法时，为提高对空闲盘区的检索速度，可以采用显式链接方法，亦即，在内存中为空闲盘区建立一张链表。

2 位示图法

2.1 什么是位示图？

位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况。0表示盘块空闲，1表示已

分配。磁盘上所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。通常可用m*n个位数来构成位示图，并使m*n等于磁盘的总块数。

如下图。可看成是二维数组。

2.2 盘块的分配

根据位示图进行盘块分配时，可分三步进行：

1)顺序扫描位示图。找到0二进制位。

2)将所找到的一个或一组二进制位，转换成与之对应的盘块号。

盘块号=列数*（i-1）+j;（i,j,b（盘块号）都从1开始）

盘块号=列数*i+j+1; （i,j从0开始，b从1开始）

3）修改位示图。令map[I,j]=1

i,j,b（盘块号）都从1开始。

2.3 盘块的回收

盘块的回收分两步：

1)将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。转换公式为

（i,j,b（盘块号）都从1开始）：

i=(盘块号-1)\列数+1

j=(盘块号-1)mod列数+1

i,j从0开始，b从1开始：

i=(盘块号-1)\列数

j=(盘块号-1)mod列数

2)修改位示图。令map[I,j]=0

公式中减1加1的目的是凑齐最后一列的得数！

优点是从位示图中很容易找到一个或一组相邻接的空闲盘块。常用于微型机和小型机中。

3 成组链接法

3.1引入

空闲表法和空闲链表法都不适用于大型文件系统，因为这会使空闲表或空闲链表太长。

在UNIX系统中采用的是成组链接法

是将上述两种方法结合而形成的一种空闲盘块管理方法，它兼备了上述方法的优点而克服了表太长的缺点。

3.2 空闲盘块的组织

➢空闲盘块号栈。用来存放当前可用的一组空闲盘块的盘块号（最多含100个号），以及栈中尚有的空闲盘块号数N。引入一个数据结构，栈

➢N还兼作栈顶指针。例如当N=100时，它指向S.free(99)。S.free(0)是栈底，栈满时栈顶为S.free(99)。实际上就是利用N－1来做下标。

➢文件中的所有空闲盘块，被分成若干个组，如有100000个盘块，每100块为1组，将会分成1000个组。

➢将每一组含有的盘块总数N和该组的盘块号，记入其前一组的第一个盘块的S.free(0)~S.free(99)中。这样由各组的第一个盘块形成了一条链。

➢将第一组的盘块总数和所有的盘块号，记入空闲盘块号栈中，作为当前可供分配的空闲盘块号。

➢最末一组只有99个盘块，其盘块号分别记入其前一组的S.free(1)~S.free(99)中，而在S.free(0)中则存放0，作为空闲盘块链的结束标志。

空闲盘块的成组链接法示意图

3.3 空闲盘块的分配

➢首先检查空闲盘块号栈是否上锁，如没有，便从栈顶取出一空闲盘块号，将与之对应的盘块分配给用户，然后将栈顶指针下移一格

➢若该盘块号已是栈底，即S.free(0)，这是当前栈中最后一个可供分配的盘块号。由于在该盘块号所对应的盘块中即有下一组可用的盘块号，因此须调用磁盘读过程，

将该盘块内容读入栈中，作为盘块号栈的新内容，并把原栈底盘块分配出去。

3.4 空闲盘块的回收

➢将回收盘块的盘块号记入空闲盘块号栈的顶部，并执行空闲盘块号加1操作。

➢当栈中空闲盘块号数目已达100时，表示栈已满，便将现有栈中的100个盘块号，记入新回收的盘块中，再将其盘块号作为新栈底。