操作系统磁盘管理

1.需求分析

（1）设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）设计内容：

1）采用空白文件目录结构管理磁盘空间，实现磁盘空间的分配和回收；

2）采用空白块成组链接结构实现磁盘空间的分配和回收；

3）采用位示图结构实现磁盘空间的分配和回收。

基本要求：

1）具有创建文件、空间分配、删除文件、释放空间等基本功能；

2）把文件目录、磁盘空间管理的数据结构变化情况显示出来。

（2）需求分析内容

1）空白文件目录是管理磁盘空间的一种方法,该方法将文件存储设备上的每个连续空闲区看作一个空白文件，系统为所有空白文件单独建立一个目录,每个空白文件在这个目录中占一个表目.表目的内容至少包括第一个空白块的地址(物理块号),空白块的数目。

2）位示图是另一种常用的管理磁盘空间的方法,该方法通过建立一张位示图来表示为l 时表示该块已分配,当某位为0时表示该块空闲。

3）位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中的一个盘块的使用情况。当其值为“0”时，表示对应的盘块空闲；为“1”时，表示已经分配。有的系统把“0”作为盘块已分配的标记，把“1”作为空闲标志(它们的本质上是相同的，都是用一位的两种状态标志空闲和已分配两种情况)磁盘上的所有盘块都有一个二进制位与之对应，这样，由所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。

1.1小组分工

温庭栋任务为：采用空白文件目录结构管理磁盘空间；

魏子育任务为：采用空白块成组链接结构实现磁盘空间的分配和回收；

卫虹任务为：采用位示图结构实现磁盘空间的分配和回收；

2.总体设计

（1）磁盘存储空间管理是文件系统的重要内容

采用空白文件目录结构管理磁盘空间，实现磁盘空间的分配和回收空白文件目录法进行空间分配时，需要建立相关的数据结构，记录目前空白区域和已使用区域，假设开始时全部区域空闲。当有文件需要存储时，先检查空白文件目录，找到适合区域立即分配，并修改空

白文件目录表和已使用区域分配表。为此需建立两张表格，分别记录相关数据。

插入文件程序流图如图2-1；

图2-1

删除文件流程图如图2-2

图2-2

（2）采用空白块成组链接结构实现磁盘空间的分配和回收

对于要求将磁盘存储空间的空闲块成组链接，我们可以设计几个相应的一维数组，分别表示磁盘的各个磁盘，数组中的元素表示每个磁盘的分块，分配时，通过查空闲表MA，从中找出空闲块号，当一组的空闲块只剩第一块时，应把该块中指出的下一组的空闲块数和块号复制到专用块这，然后把该块分配给申请者，当一组的空闲块分配完后则把专用块内容（下一组链接情况）复制到内存，再为申请者分配。回收时，输入待回收的块号，查找该块是否已被分配，若未分配，退出，否则，当前组不满规定块数时，将归还块登记入该组，若当前组已满，则另建一新组，这时归还块作为新一组的第一块，应把内存中登记的一组链接情况MA复制到归还块中，然后在MA这重新登记一个新组。

1）假定磁盘存储空间已被划分成长度为n的等长块，共有M块可供使用。UNIX系统采用空闲块成组链接的方法来管理磁盘存储空间，将磁盘中的每N个空闲块（N

块数和块号登记在专用块中，登记的格式如下：

表2-3

当第一项内容为“0”时，则第二项起指出的空闲块是最后一组。

2)开始时，空闲块号是顺序排列的，但经若干次的分配和归还操作后，空闲块的链接就未必按序排列了。用二维数组A：array [0…M-1] of array [0…n-1]来模拟管理磁盘空间，用A[i]表示第I块，第0块A[0]作为专用块。

3) 成组链接的分组情况记录在磁盘物理块中，为了查找链接情况，必须把它们读入主存，故当磁盘初始化后，系统先将专用块内容复制到主存中。定义一个数组MA存放专用块内容，即MA =A[0]。申请一块磁盘空间时，查MA，从中找出空闲块号，当一组的空闲块只剩第一块时，则应把该块中指出的下一组的空闲块数和块号复制到专用块中，然后把该块分配给申请者。当一组的空闲块分配完后则把专用块内容（下一组链接情况）复制到主存，再为申请者分配。

4) 归还一块时给出归还的块号，若当前组不满规定块数时，将归还块登记入该组；若当前组已满，则另建一新组，这时归还块作为新一组的第一块，应把主存中登记的一组链接情况MA复制到归还块中，然后在MA重新登记一个新组。

(3)采用位示图结构实现磁盘空间的分配和回收

磁盘存储空间的分配有两种方式，一种是分配连续的存储空间，另一种是可以分配不连续的存储空间。为了表示哪些磁盘空间已被占用，哪些磁盘空间是空闲的，可用位示图来指出。位示图由若干字节构成，每一位与磁盘上的一块对应，“1”状态表示相应块已占用，“0”状态表示该块为空闲。

算法流程图如下：

分配流程图如下图2-4：

图2-4

(2)释放流程图如图：2-4

图2-4

3.详细设计

1.采用空白文件目录结构管理磁盘空间，实现磁盘空间的分配和回收

文件存储空间管理是文件系统的重要内容。常用的管理思想有空白文件目录法、空白块链法和位示图法。本实验采用前两种方法进行空间分配。空白文件目录法进行空间分配时，需要建立相关的数据结构，记录目前空白区域和已使用区域，假设开始时全部区域空闲。当有文件需要存储时，先检查空白文件目录，找到适合区域立即分配，并修改空白文件目录表和已使用区域分配表。为此需建立两张表格，分别记录相关数据。

表3-1；空白文件目录表（初始）

表3-2；空白文件目录（中间）

核心代码

int alloc(int applyarea)///为文件分配存储块的函数，磁盘空间的分配

{

int i,tag=0,j=0,flag=1;

for( i=0 ; i< N ; i++ )

if(freeblock[i].state==1 && freeblock[i].size > applyarea && flag==1 &&