操作系统第八章

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¡ -
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data data
¡ ¡ -
索引块
Operating System
data
混合索引分配
直接地址 为了提高对文件的检索速度， 在索引结点中可 设置10个直接地址项， 即用iaddr(0)~iaddr(9) 来存放直接地址 一次间接地址 对于大、 中型文件，可再利用索引结点中的地 址项iaddr(10)来提供一次间接地址。这种方式 的实质就是一级索引分配方式 多次间接地址 当文件长度大于4 MB+40 KB时(一次间址与10 个直接地址项)， 系统还须采用二次间址分配 方式。这时，用地址项iaddr(11)提供二次间接 地址。该方式的实质是两级索引分配方式
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3、索引结构 访问文件时，根据文件的逻辑块号查文 件索引表，找到对应的物理块号，然后， 进行访问。
文件由索引表和数据文件构成。这种文件称为
索引文件。
非常类似于书本，它由书目录和正文组成。
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索引文件结构 索引文件在存储区中占两个区：索引区 和数据区。索引区存放索引表，数据区 存放数据文件本身。 访问索引文件需要两步操作—— 查文件索引，由逻辑块号查得物理 块号 由此磁盘物理块号而获得所要求的 信息。
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多选题：西安电子科技大学2002
1.文件的物理结构一般有（） A 连续文件 B 流式文件 C 记录式文件 D串联文件 E 索引文件 答案：A D E
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多选题：西安电子科技大学2002
2.连续结构的文件适合采用（）存取方法 A 顺序存取 B 直接存取 C 按键存取 D分区存取 E 以上均不对 答案：A B

Operating System
索引分配
文件目录
文件名 Jeep
0 4 8 1 5 9 2 6 10 14 18 22 26 30 3 7 11 15 19 23 27 31
索引表地址 19
9 16 1 10 25 -1 -1 -1
12 13 16 17 20 21 24 25 28 29
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Operating System
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思考题
考虑一个存于磁盘上的文件系统，其中的文件由 大小为512B的块组成。假定每一个文件有一个文 件目录项，该目录项包含此文件的名字、文件长 度以及第一块(或第一索引块)和最后一块的位置， 而且该目录项位于内存。对于索引结构文件，该 目录项指明第一索引块，该索引块又依次指向511 个文件块且有一个指向下一个索引块的指针。针 对连续、链接、索引结构的每一种，如果当前位 于逻辑块10(即最后一次访问的块是逻辑块10)，且 希望访问逻辑块4，那么必须分别从盘上读_____， _____，_____个物理块。
FCB 2 物理 块号 0 1 2 3 4 5 5 1 0 4 FAT
图 6-9 显式链接结构
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FCB A
FAT 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
MS-DOS
4 6 EOF 11
FCB B
的 文 件 物 理 结 构
9
10 5 EOF
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显示链接特点：
优点：显著提高检索速度 缺点： 不支持大文件随机存取 FAT需要占用较大的内存空间
第八章:文件管理
赵恒 主讲 hzhaoedu@163.com
8.1 外存分配方式
1．文件物理结构的概念 文件的物理结构，又称为文件的存储结构，它是 指文件在外存上存储时的组织结构。 文件的物理结构与存储介质的物理特性及用户对 文件的访问方式有关。 文件的物理结构通常划分为大小相等的物理块， 也称为物理记录。它是文件分配及传输信息的基 本单位。物理记录的大小与物理设备有关，与逻 辑记录的大小无关。
分析
由于索引表占用一个大小为512B的磁盘，所以该 文件系统的索引表可以管理512/3=170个表项，而 每一个表项对应一个物理块，因此该文件系统可 以管理的最大磁盘空间为170*512B=87040B=85K 若采用二级索引，则是：170*170*512B=7225KB 若采用三级索引，则是： 170*170*170*512B=2456500KB=2398.93M
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2．文件物理结构的形式
三种文件物理结构组织文件： 顺序结构：顺序结构将一个在逻辑上连续的文件信 息依次存放在外存连续的物理块中 。 链接结构：链接结构将文件存放在外存的若干个物 理块中，这些物理块不必连续，并且在每一个物理 块中设一个指针，指向下一个物理块的位置，从而 使得存放同一个文件的物理块链接起来。 索引结构：将文件存放在外存的若干个物理块中， 并为每个文件建立一个索引表，索引表中的每个表 目存放文件信息的逻辑块号和与之对应的物理块号。
索引分配
若每个盘块大小为1KB，每个盘块号占4B，则一 级索引块中可存放256个盘块号，即对应256个 二级索引块 每个二级索引块可对应256个物理磁盘块，采用 这种索引方式时每个文件大小不能超过 256*256*1KB=64MB 若每个盘块大小为4K，则最大文件大小为 1K*1K*4K=4GB
Operating System
索引分配
索引结构优缺点
优点：
保持了链接结构的优点,又解决了其缺 点：即能顺序存取,又能随机存取，满足了 文件动态增长、插入删除的要求，也能充 分利用外存空间
缺点：
较多的寻道次数和寻道时间，索引表 本身带来了系统开销，如：内外存空间， 存取时间
Operating System
Operating System
索引分配
第二级索引
多级索引分配
主索引
360 740
360 105 106 254
磁盘空间
0 1 2 ¡ 105 106 ¡ -
740 356 357 ¡ 1125 ¡ ¡ 1125 985 ¡ -
254
356 357 ¡ 985 ¡ -
Operating System
索引分配
索引分配的主要问题 需要较多外存空间来建立索引块 对于小文件，空间浪费严重
Operating System
文件物理结构的比较
连续文件的优点是不需要额外的空间开销，只 要在文件目录中指出文件的大小和首块的块号 即可，对顺序的访问效率很高。适应于顺序存 取。缺点是动态地增长和缩小系统开销很大； 文件创建时要求用户提供文件的大小；存储空 间浪费较大。 链式文件克服了连续文件的不足之处，但文件 的随机访问系统开销较大。适应于顺序访问。 DOS 系统中改造了链式文件的结构，使其克服 了链式文件的不足，但增加了系统的危险性。
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链接分配的两种形式：
目录
1. 隐式链接
0 4 8 12 16 1 20 24 28
1 10 5 9 16 13 17 21 2 5 -1 29
2 6
3 7
file jeep
start 9
end 25
11 10 25 14 18 22 26 30 15 19 23 27 31
•在采用隐式链接分配时，在文件目录的每个目录项中， 都须含有指向链接文件的第一个盘块和最后一个盘块 的指针。 •而在每个盘块中都含有一个指向下一个盘块的指针。
Operating System
文件物理结构的比较
索引文件既适应于顺序存访问，也适应于随机访 问，是一种比较好的文件物理结构，但要有用于 索引表的空间开销和文件索引的时间开销。 UNIX系统是使用索引结构成功的例子。 在当前流行的一些UNIX操作系统的版本中，同 时支持连续文件结构和索引文件结构。DOS、 WINDOWS系统支撑类似于文件映照结构
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单级索引分配
链接分配存在的问题
不能支持高效的直接存取，要对一个较大的文 件进行直接存取，须首先在FAT中顺序地查找 许多盘块号。 FAT需占用较大的内存空间 索引分配 为每个文件分配一个索引块，把分配给该文件 的所有盘块号都记录在该索引块中 在建立一个文件时，便为之建立的目录项中填 上指向该索引块的指针 支持直接访问 对于大文件而言，该方式优于链式分配方式
类似数据结构的链表。
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链接结构
文件A 目录项 文件A 100
r0
150
r1
57
r2

磁盘块号 57
磁盘块号 100
磁盘块号 150
问题：在串联文件结构下，当要存取R i 记录时，应如何操作?
文件目录
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链接结构文件的特点 优点： 1.存储空间利用率高； 2.文件创建时用户不必指出文件的大小； 3.文件动态扩充和修改容易。 缺点：只能按队列中的指针顺序搜索，随机存 取效率太低，如果访问文件的最后的内容，实 际上是要访问整个文件。
索引分配
若每个盘块大小为1KB，每个盘块号占4B， 则索引块中可存放256个盘块号，即采用这种 索引方式时每个文件大小不能超过256KB 索引表组织
链接模式:一个盘块一个索引表,多个索引
表链接起来
多级索引:将一个大文件的所有索引表（二
级索引)的地址放在另一个索引表（一级索 引) 中
磁盘块号 100 文件A 目录项 101 102
文件A
3 100
r0
r1
r2
文件目录
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磁盘空间的连续分配
count
0 4 8 12 16 20 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 10 14 18 22 26 30
文件目录
f
3 7 11
文件名
始址
块数
tr
mail
19 23 27 31
15
count tr mail list f
0 14 19 28 6
2 3 6 4 2
list
28
24
6
2.连续文件结构的特点
优点：
顺序访问容易 存取速度快
缺点：
要求连续的存储空间。易产生外部碎片，空间利
用率降低 须事先知道文件长度。不利于文件动态增长。
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二.链接分配
链接分配的文件也称之为是串联文件。 串联文件结构是按顺序由串联的块组成的，即 文件的信息存于若干不连续的物理块中，每个 物理块的最末一个字作为链接字，它指出后继 块的物理地址。 文件的最后一块的链接字为结束标记“∧”， 它表示文件至本块结束。
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隐式链接优缺点：
优点： 消除了外部碎片，提高利用率 允许作业动态增长。 缺点： 可靠性差：一个指针出现问题，导致整个链断开 只适合于顺序访问，不适合随机访问。
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2. 显式链接 这是指把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内 存的一张链接表中。该表在整个磁盘仅设置一张，由于查 找记录的过程是在内存中进行的，因而不仅显著地提高了 检索速度，而且大大减少了访问磁盘的次数。
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3、索引结构
链接结构解决了连续分配的外部碎片和大小声明 的问题，但是，链接结构不能有效地支持直接访 问，这是因为块指针与块一起分布在整个磁盘， 且必须按顺序读出。 索引结构解决了这个问题。索引分配要求系统为 每个文件建立一张索引表。 索引结构创建的文件也称之为索引文件。
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3、索引结构 索引结构文件是另一种形式的非连续文件， 文件数据存放的存储介质上的物理块号与 文件的逻辑块号一一对应，并建立这样对 应关系的数据结构——文件索引表。
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一个文件存储介质，格式化后就分成许多大小相 等的单位－－存储块（物理盘块），在现代计算 机系统中，一般来说，每个物理块是一个磁盘的 扇区， 512 字节。并给每个存储块有个编号，称 为物理块号。 常用的外存分配方式有连续分配，链接分配和索 引分配三种。
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一.连续分配
定义：为每个文件分配相邻的物理块，并将文件信息 按逻辑顺序依次存放在这些物理块中。 分配给文件的首个物理块的地址被登记在它的目录项 内。这样所形成的文件物理结构被称为顺序结构，相 应的物理文件则称为顺序文件(Sequential File)。
Operating System
混合索引分配
mode owners (2) time stamps (3) size block count i.addr (0) i.addr (1) direct blocks
直接地址
data data data data
物理盘块
¡ ¡ single indirect double indirect triple indirect
Operating System
华中科技大学2Baidu Nhomakorabea00年
某文件系统采用索引文件结构，假定文件索引 表的每个表项占3个字节，用一个磁盘块存放 块号（磁盘块的大小为512B）。试问 1）该文件系统能管理的最大磁盘空间是多少 字节 2）若采用2级或3级索引该文件系统能管理的 最大磁盘空间又是多少字节？
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