第8章磁盘管理(1)

8.1.2链接结构
这是一种非连续的结构，将一个逻辑文件存 储到外存上时，并不要求为整个文件分配一块 连续的空间，而是可以将文件装到多个离散的 盘块中。
采用链接分配方式时，可通过在每个盘块上 的链接指针，将同属于一个文件的多个离散的 盘块链接成一个链表，把这样形成的物理文件 称为链接文件。
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8.1 外存分配方式
文件的物理结构是指文件在物理存储介质上 的结构。
1、顺序结构——连续分配方式 2、链接结构——链接分配方式 3、索引结构——索引分配方式
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8.1.1连续分配
连续分配要求为每一个文件分配一组相邻接 的盘块。通常它们都位于一条磁道上。在进行 读/写时，不必移动磁头，仅当访问到一条磁道 的最后一个盘块后，才需要移到下一条磁道。
2^16*64*512B=2^31B=2GB
不支持长文件名
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对于FAT16文件系统，若一个磁盘分区的大 小为512M，问一个簇最少要为多少个扇区？
512M/2^16=2^(29-16)=2^13B=8kB
簇是大点好，还是小点好？ 使用簇的大小不恰当。若簇的大小为16KB， 如果一个只有1KB大小的文件所占的空间并不 是1KB，而是16KB，足足浪费了15KB！
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增量式索引分配方式
将多种索引分配方式相结合：直接地址，一级 索引、二级索引、三级索引。。。UNIX系统中采用
mod e ow ners (2) ti me st amps (3 )
size block count
i.ad dr (0) i.ad dr (1) di rect b lo cks
这样所形成的文件结构称为顺序文件结构， 此时的物理文件称为顺序文件。
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连续分配
这种分配方式保证了逻辑文件中的记录顺序 与存储器中文件占用盘块的顺序的一致性。
为使系统能找到文件存放的地址，应在目录 项的文件物理地址字段中，记录该文件第一个 记录所在的盘块号和文件长度（以盘块数进行 计量）。
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8.1.3FAT技术
早期的MSDOS,使用的12位的FAT12文件系统, 后来为16位的FAT16文件系统； Windows95 和 Windows98 ， 使 用 的 是 32 位 的 FAT32文件系统； WindowsNT ， Windows2000 和 WindowsXP ， 又 进一步发展为新技术文件系统NTFS。 这几种方法采用的文件分配方式基本上都是 显式链接方法。
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FAT32
32位的文件分配表 在FAT32中一簇为4KB大小，8个扇区，则其允许管理的最
大磁盘容量为多少？ 2^32*4KB=16TB
FAT32同FAT16相比有什么优点？ 1.由于采用了更小的簇，FAT32文件系统可以更有效率地
保存信息。如两个分区大小都为2GB，一个分区采用了FAT16 文件系统，另一个分区采用了FAT32文件系统。采用FAT16的 分区的簇大小为32KB，而FAT32分区的簇只有4KB的大小。 这样FAT32就比FAT16的存储效率要高很多，通常情况下可以 提高15%
Windows 2000 的计算 版 本 的 Windows 、 Windows 95 以 机 可 以 访 问 NTFS 分 Windows NT 、 Windows 上 的 操 作 系 统
区上的文件。其它操作 2000 、 Windows XP 和 进行访问。
系统则无法访问。
OS/2 进行访问。
文 件 大 小只受卷的容 最大文件大小为 2 GB。 量限制。
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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 能充分利用外存空间 不会产生外部碎片
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缺点
索引表本身要花费较多的外存空间。 通常采用一个专门的盘块作为一个索引块。 对于小文件采用索引分配方式时，其索引块 的利用率极低。 如果文件非常大，一个索引块装不了，需要 多个索引块时，单级索引分配方式也是低效的
将盘块中的链接指针按盘块号的顺序集中起来，构 成盘文件映射表/文件分配表 显式地存放在内存中。 整个磁盘仅设置一张，利用FAT可方便地进行随机存取。
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图示
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FAT也要占用一定的存储空间，若盘的容量 较大，也可能占用较多的存储空间。在进行文 件访问时，可能在内存中装不下整个FAT，这样 就会造成若要读某块文件信息时，还要读盘块 映射表的操作，影响使用效率。
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多级索引分配
为这些索引块再建立一级索引——两级索引分 配方式。（三级、四级）
主索 引
36 0 74 0
第二 级索引
36 0 10 5 10 6 25 4
磁盘 空间
0 1 2
…
…
11 25
74 0
35 6 35 7
…
10 5 10 6
25 4
…
…
…
11 25 98 5
35 6 35 7
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单级索引分配
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0123 4567 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
文件目录 文件名 索引表地址
Jeep
19
9
16
1
19
10
25
-1
-1
-1
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实际上打开某个文件时，只需把该 文件占 用的盘块的编号调入内存即可。为此应将每个 文件所对应的盘块号集中地放在一起。
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8.1.5索引分配
一个文件的信息存放在若干不连续物理块中， 系统为每个文件建立一个专用数据结构--索引 表，并将这些块的块号存放在索引表中。
一个索引表就是磁盘块地址数组,其中第i个 条目指向文件的第i块——单级索引分配
文件目录 文件名 始址 末址
jeep 9
25
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优缺点
优点： 提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题 有利于文件插入和删除 有利于文件动态扩充 缺点： 存取速度慢，不适于随机存取 链接指针占用一定的空间 可靠性问题，如指针出错
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显式链接
文件分配表(FAT)
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FAT技术
卷：将一个物理磁盘分成四个逻辑磁盘，每 个逻辑磁盘是一个卷，也称为分区。 每个卷都是一个能够单独被格式化和使用的 逻辑单元，供文件系统分配空间时使用。 一个卷中包含了文件系统信息，一组文件及 空闲空间。 每个卷都专门划出一个单独区域来存放自己 的目录和FAT表，以及自己的逻辑驱动器字母。
4
f
6
2
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优点
简单 顺序访问容易 顺序访问速度快 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少
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缺点
要求有连续的存储空间
外部碎片问题----外存紧凑
必须事先知道文件的长度
文件不易动态增长
预留空间:浪费 重新分配和移动
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dat a
…
40KB时，便可直接从
sin gl e i nd irect double indirect
dat a
…
dat a
trip le in di rect
dat a
…
索引结点中读出该文件
dat a
的全部盘块号
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增量式索引分配方式
一次间接地址：假如每个盘块的大小为4KB,一 次间接地址可存放1K个盘块号，因而允许文件长达 4MB
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FAT12
以盘块为基本分配单位。
在每个分区中都配有两张文件分配表，在 FAT的每个表项中存放下一个盘块号，它实际 上是用于盘块之间的链接的指针，通过它可以 将一个文件的所有的盘块链接起来，将文件的 第一个盘块号放入其FCB中。 不支持长文件名
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直接地址：直接存放
mod e ow ners (2)
文件数据盘块的盘块号 time stamps (3) size
dat a
dat a
block count
假如每个盘块的大小为 i.addr (0)
dat a
i.ad dr (1)
… …
4KB，当文件不大于
di rect b lo cks
dat a
dat a
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3
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4
count
0123
f
4567
8 9 10 11
tr
12 13 14 15
mail
16 17 18 19
20 21 22 23
24 25 26 27
list
28 29 30 31
文件目录 文件名 始址 块数
count 0
2
tr
14
3
mail 19
6
list 28
98 5
……
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多级索引分配
采用两级索引分配方式，如果每个盘块的大 小为1KB，每个盘块号占4个字节，则在一个索 引块中可存放256个盘块号。这样在两级索引时， 最多可包含的存放文件的盘块的盘块号总数 N=256*256=64K个盘块号，则所允许的文件最大 长度为64MB。
若盘块的大小为4KB，在采用单级索引时， 所允许的最大文件长度为4MB，而两级索引时所 允许的最大文件长度可达4GB。
2. 同FAT16相比FAT32最大的优点是可以支持的磁盘大小 达到2TB（2047GB），但是不能支持小于512MB的分区。
3.支持长文件名。
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8.1.4 NTFS
NTFS（New Technology File System） 采用了64位磁盘地址。 很好的支持长文件各 具有系统容错功能 提供了数据的一致性 文件加密、文件压缩功能
最大文件大小 为 4 GB。
能使用诸如活动目录 没有文件加密等安全机 没有文件加密
和 基 于 域的安全性等 制。
等安全机制。
功能。
Windows文件系统比较
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8.1.5索引分配
链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存 在的问题，但又出现了另外两个问题： 不能支持高效的直接存取 FAT需占用较大的内存空间
sin gl e i nd irect double indirect trip le in di rect
… …
dat a dat a dat a
dat a
dat a
dat a
…
dat a
dat a
…
…
dat a dat a
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增量式索引分配方式
共设有13个地址项，分成两类，直接地址和间 接地址。
图示
FCB A 4
FCB B 9
FA T
0
图
- MS-DOS
1
6
2
10
3
6
4
EOF
5
11
6
7
的
8
文百度文库
10
9
件
5
物
EOF
理
结
构
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对于1.2MB的软盘,盘块大小为1KB,每个FAT 表项占12位,在每个FAT中共含有1.2K个表项,故 共需1.8KB.
计算FAT表所占空间大小。
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FAT12
簇的基本概念 进行盘块分配时不再以盘块而是以簇为单位。 簇是一组连续的扇区，在FAT中它是作为一个 虚拟扇区，簇的大小一般是2n个盘块。
一个磁盘分区能分为多少簇则FAT就有多少 表项，相同容量下，FAT表的项数与簇的大小 成反比。
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FAT16
16位的文件分配表 若在FAT16中一簇最大64个扇区，则FAT16 能管理的最大磁盘分区为多少？
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NTFS
磁盘组织，以簇为单位 文件组织，以卷为单位，将一个卷中的所有 文件信息，目录信息以及可用的未分配空间信 息，都以文件记录的方式记录在一张主控文件 表中。
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兼容性
文件大小 安全性
NTFS
FAT
FAT32
运 行 Windows XP 或 可以通过 MS-DOS、所有 只 能 通 过
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隐式链接
在文件目录的每个目录项中，都须含有指向 链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。 链接结构的文件适用于顺序存取。因为要获 得某一块的块号，必须先读出第一个盘 块。。。。顺序查找直至第i块，因此要随机地 存取信息就较为困难，且可靠性差。
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