操作系统课件第六章3

(2) 文件的物理结构， 又称为文件的存储结构， 是指文件 在外存上的存储组织形式。
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外存分配方式
如何才能有效地利用外存空间? 如何提高对文件的访问速度?
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文件的物理结构
外存的特点
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连续分配
目录
count 0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17
mail
2 6 10 14 18 22 26
list
3 f 7 11 tr 15 19 23 27 31
Hale Waihona Puke Baidu
file start length count 0 2 tr 14 3 mail 19 6 list 28 4 f 6 2
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外存分配方式
连续分配 链接分配 索引分配
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索引分配
一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，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，系 统为这样对应关系建立一个专用数据结构--索引 表 索引表：一个文件所有记录的关键字和其它地址 的对照表 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
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链接分配
隐式链接
文件名
0 4 8 12 1 10 2 5 6 3 7
文件目录 始址 9 末址 25
jeep
9 16 10 25 11 13 14 18 22 15 19 23 27
16 1 17 20 24 21
25 -1 26
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链接分配
显式链接 为了克服链接文件的存取效率太低的问题，人 们提出文件映照的技术，即把链接文件中的链 接字集中在一结构中，这样既保持了链接文件 的优点，也克服了其缺点，DOS、WINDOWS 系统就采用了这样结构 文件分配表（File Allocation Table, FAT）
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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

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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
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12 13 16 17 20 21 24 25 28 29
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磁盘空间的链接式分配
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链接分配
隐式链接 每个物理块的最末一个字(或第一个字)作为链 接字，它指出后继块的物理地址。链首指针存 放在该文件目录中。文件的结尾块的指针为 “∧” 优点 离散存储，空间利用率高 顺序存取效率高 缺点 随机存取效率太低，若要访问第i个物理块， 必须读出前i-1个
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外存分配方式
连续分配 链接分配 索引分配
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链接分配
链接分配（Chained Allocation） 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 这种文件结构不要求连续存放 对于记录式文件一块中可包含一个逻辑记录或多 个逻辑记录，也可以若干物理块包含一个逻辑记 录 链接方式 隐式链接 显式链接
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链接分配
显式链接
FCB
2
物理块号
0 1 2 3 4 5
FAT
0 4 5 1
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链接分配
显式链接 在FAT中每个物理块占一个表项，增加 一个指针指向下一个物理块，最末一个 物理块的指针为“∧”
容量大，断电后仍可保存信息，速度较慢，
成本较低 两部分组成：驱动部分+存储介质 种类很多 外存空间组织与地址与存取方式非常复杂 I/O过程方式非常复杂
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文件的物理结构
用户对外存的要求
使用：读写外存数据 要求：方便、效率、安全
链接分配
主要优缺点 优点 消除了外部碎片，提高外存利用率 文件动态增长时，可动态地为它分配盘块 文件的增删改方便，不需事先知道文件长 缺点 存取速度慢 只适于顺序存取，不适于随机存取 可靠性差，若某一块指针出错，则链断开 更多的寻道次数和寻道时间 链接指针占用一定的空间
¡ ¡ single indirect double indirect triple indirect
data
data
¡ -
data
data data
¡ ¡ -
索引块
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索引分配
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
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链接分配
实例
对于1.2M磁盘，每个物理块大小为1KB，
则共有1.2K个FAT表项，若每个表项占12 位（1.5B），则共需1.8KB的空间来保存 FAT。
显式链接分配
优点
便于快速查找 缺点 FAT很大，需较大的内存空间

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外存分配方式
连续分配 链接分配 索引分配
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连续分配
连续分配(Continuous Allocation)要求为每 一个文件分配一组相邻接的盘块。一组盘块定 义了磁盘上的一段线性地址 在采用连续分配方式时，可把逻辑文件中的记 录顺序地存储到邻接的各物理盘块中，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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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
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第六章 文件管理
文件和文件系统 文件的逻辑结构
外存分配方式
目录管理 文件存储空间的管理 文件共享与文件保护 数据一致性控制
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6.3 外存分配方式
对于任何一个文件，都存在着以下两种形式的结构： (1) 文件的逻辑结构(File Logical Structure)。
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连续分配
连续分配的主要优缺点 优点 结构简单，容易实现 支持顺序存取和随机存取 顺序存取速度快 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少 缺点 要求有连续的存储空间，不利于动态扩充 容易形成碎片，空间利用不充分 必须事先知道文件的长度，用户不方便
文件的物理结构
文件的物理结构是指逻辑文件在存储设备（外存） 上的存储组织形式，它与存储介质的存储特性有 关 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），一般来说， 每个物理块是一个磁盘的扇区， 512B 。并给每 个存储块有个编号，称为物理块号 物理块是分配和传输信息的基本单位，其与外存 设备有关，但与逻辑记录大小无关，如扇区、簇 文件在逻辑上都可看作是连续的，但在物理设备 上存放时却有不同的方式，如连续结构（顺序结 构）、链接结构（串联结构）、索引结构、 HASH文件等
级索引)的地址放在另一个索引表（一级索 引) 中
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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 ¡ -
在读写外存时不涉及硬件细节，使用逻辑地址 和逻辑操作 存取速度尽可能快，容量大且空间利用率高 外存上存放的信息安全可靠，防止来自硬件的 故障和他人的侵权 方便地共享，动态扩缩，携带拆卸，了解存储 情况和使用情况 以尽可能小的代价完成上述要求
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356 357 ¡ 985 ¡ -
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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
控制区
FAT1文件分配表
FAT2
2
2
1－2
3－4
FDT文件目录表
文件区 文件内容
7
余下部分
5－11
≥ 12
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DOS磁盘访问操作流程 磁盘参数表
文件名
磁盘目录表
FDT 磁盘基数表 扇区物理 操作
文件位置分配
表FAT
磁盘扇区 定位
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链接分配
FCB A FAT 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4 6 EOF 11
FCB B
9
10 5 EOF
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DOS磁盘盘区划分表 区名 内容 占扇区数 保留区 引导记录与磁盘 参数表 1 软盘 扇区号 0
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链接分配
文件分配表（File Allocation Table, FAT） 磁盘格式化后建立，从磁盘的第二个开始， 有两个相同的FAT 用于记录外存分配状况，每个盘块（或簇） 占一项，放在内存中，整个系统一张FAT 表的序号为物理盘块号或簇号，从0至N-1 分配给一个文件的所有物理块都在该表中标 出，文件的第一个盘块号记入文件的FCB中
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6.1.2 文件类型和文件系统模型
1. 文件类型 5、按文件的物理结构分类
（1）顺序文件。它是指把逻辑文件中的记录顺序地存储到 连续的物理盘块中。
（2）链接文件。它是指文件中的各个记录可以存放在不相 邻接的各个物理盘块中，通过物理块中的链接指针，将它 们连接成一个链表。 （3）索引文件。它是指文件中的各个记录可存储在不相邻 接的各个物理块中。