操作系统 第8章 磁盘存储器的管理

索引表地址 19
12 13 16 17 20 21 24 25 28 29
19
9 17 1 10 25 -1 -1 -1
8.1 外存的组织方式
多级索引组织方式

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
第二级索引 主索引 360 740 360 105 106 254 磁盘空间 0 1 2
8.2 文件存储空间的管理
位示图法
位示图

所有盘块都有一个二进制位与之对应，由所有盘块所对 应的位组成的集合，称为位示图。
二进制位——1，表示对应的盘块已分配

——0，表示对应的盘块空闲

var map：array[1…m，1…n] of bit 优点：占用空间少，可保存在内存；描述能力强，适合 各种物理结构
16
位示图
8.2 文件存储空间的管理
盘块的分配

顺序扫描位示图，查找为0的一个或一组二进制位 返回对应盘块号

假设找到的二进制位位于第i行，第j列，对应的盘 块号为：b=n(i-1)+j （n为每行的位数）

修改位示图：map[i,j]=1 将回收盘块号b转换成行号i和列号j

盘块的回收

500 499 … 401
…
100
0 7999 … 7901
399 … 301
…
0
1
400
399
300#
… 400# 399#
…
…
… 7900# 7899#
…
7999#
…
…
99
301
分配
…
… …
301#
7801#
7901#
8.2 文件存储空间的管理
回收过程的例子

设当前空闲盘块号栈中有99个空闲块 现有一文件归还2块（500#，310#）
16 1 17 20 24 28 21
25 -1 26 29 30
8.1 外存的组织方式
显式链接

文件分配表FAT （File Allocation Table）

整个磁盘一张，存于内存 其序号为盘块号，内容为链接指针

文件物理地址：链首指针所对应的盘块号 其余指针存放于FAT中 优点

存取速度慢，不适于随机存取 可靠性差（如指针出错） 更多的寻道次数和寻道时间 链接指针占用一定的空间 将几个盘块组成一个簇，以簇为单位分配盘块，文 件的每一个元素也以簇为单位

改进

文件目录
文件名
0 4 8 12 1 10 2 5 6 3 7
始址
9
末址
25
jeep
9 16 10 25 11 13 14 18 22 15 19 23 27 31

减少访盘次数，提高检索速度，随机存取容易 FAT占据大量内存空间

缺点

8.1 外存的组织方式
在内存中使用文件分配表的链表结构
8.1 外存的组织方式
索引组织方式
单级索引组织方式 一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，系统为 该文件建立一个专用数据结构--索引表，并将其所占块 的盘块号存放在该索引表中 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 文件物理地址：索引表所在盘块号
第八章 文件管理
8.1 外存的组织方式 8.2 文件存储空间的管理
8.1 外存的组织方式
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，与存储介质的特性有关
类型

顺序文件结构


链接文件结构
索引文件结构
8.1 外存的组织方式
外存组织方式
连续组织方式（连续分配）
链接组织方式（链接分配）
8.2 文件存储空间的管理
空闲链表法
把所有空闲盘块链成一个空闲链表
根据构成链的基本元素不同，可有两种链表形式

空闲盘块链：基本元素为盘块

优点：分配回收过程简单


缺点：空闲盘块链可能很长
空闲盘区链：基本元素为盘区（可包含若干个连续的空 闲盘块）

优点：链比较短 缺点：分配回收与动态分区类似，较复杂
28
24
8.1 外存的组织方式
链接组织方式
一个文件的信息存放在若干不连续的盘块中，各
块之间通过指针连接
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 有利于文件动态增长 链接方式分为 隐式链接 显式链接
8.1 外存的组织方式
隐式链接

文件物理地址：指向第一个盘块和最后一个盘块的指针 其余盘块靠盘块自身所含的指针相连 缺点
601#
7801# 7901#
100 回收 空闲盘 块号栈 … s_free 100 99 1 460 310 299 … 460 310# 299 … 500 … 310#
100
700 899 … 601
100
506 7899 … 7801
100
0 7999 … 7901
0
1
… 460#
299# 350#
回收
… 700# 899#
…
… 506# 7899# 7999#
…
… 98
99
350
500 …
…
500#
601#
7801# 7901#
分配
100
500 499 … 401
…
100
0 7999 … 7901
399 … 301
0
1
300
299
… 300#
分配
… 400#
…
… 7900#
7899#
…
299#
399#
…
7999#
…
…
99 …
…
301#
7801#
7901#
100
400 空闲盘 块号栈 … s_free 100 99
分配
100
count
0 4 8 12 16 20 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 10 14 18 22 26 30
f
3 7 11
文件目录 文件名 count tr mail list f 始址 0 14 19 28 6 块数 2 3 6 4 2
tr
mail
19 23 27 31
15
list
8.1 外存的组织方式
返回
8.2 文件存储空间的管理
空闲表法
系统设一张空闲表
每组连续的空闲盘块占一个表项（序号，第一空
闲盘块号，空闲盘块数）
属连续分配：分配和回收与内存管理的动态分区
分配方法类似
分配速度快，可减少访盘频率，用于小文件的分
配和对换空间的管理
8.2 文件存储空间的管理
序号 1 2 3 4 第一空闲盘块号 2 9 15 -空闲表 空闲盘块数 4 3 5 --
索引组织方式（索引分配）
8.1 外存的组织方式
连续组织方式
为每个文件分配一组连续的盘块 文件物理地址：文件所占的第一个盘块号和盘块数 优点 实现简单 顺序访问容易 顺序访问速度快 缺点 创建时就要知道文件的最大长度 存在磁盘碎片（存储压缩技术） 在CD-ROM上被广泛使用
100
700 空闲盘 块号栈 … s_free 100 99 899 … 601
100
506 7899 … 7801
100
0 7999 … 7901
0
1
460
299 …
… 460#
299# 350#
回收
… 700# 899#
…
… 506# 7899# 7999#
…
… 98
99
350
500 …
…
500#
优点
UNIX系统使用这种空闲块管理策略
8.2 文件存储空间的管理
分配与回收
s-nfree 空闲块数;
s_free[100]
空闲块块号; s_flock
锁位
8.2 文件存储空间的管理
分配过程的例子

设当前空闲盘块号栈中还有两块未分配 现有一文件申请3块
100
400 空闲盘 块号栈 … s_free 2 1 0
8.1 外存的组织方式

优点

既能顺序存取，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 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

缺点

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
i=(b-1)DIV n + 1 ；j=(b-1) MOD n + 1
源自文库

修改位示图 ：map[i,j]=0
8.2 文件存储空间的管理
成组链接法
空闲块成组链接，建立空闲块专用栈，空闲块分
配时按组进行，一组的空闲块分配完了，再使用 下一组；回收时次序相反，入栈一组空闲块后， 够成一组。
这种方法兼备了空闲空间表法和空闲块链接法的
8.2 文件存储空间的管理
1 1 0 1 2 1 0 1 3 0 0 1 4 0 1 0 5 0 1 0 6 1 1 0 7 1 1 1 8 1 1 1 9 0 1 1 10 0 0 1 11 1 0 1 12 0 0 1 13 0 0 0 14 1 1 0 15 1 1 0 16 0 1 0

1 2 3 4
…
105 106
740 356 357
1125
… …
…
254
1125
985
…
…
356 357
…
985
…
8.1 外存的组织方式
增量式索引组织方式

UNIX文件系统采用 每个文件的物理地址为13个地址项

最前面10项存放文件所占物理块号（直接寻址） 第11项存放一级索引地址 第12项存放二级索引地址 第13项存放三级索引地址 （间接寻址）