第8章磁盘存储器的管理案例

于是又去连续地读/写多个盘块。
在采用连续组织方式时，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。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。
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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
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8.1.2 链接组织方式
如果可以将文件装到多个离散的盘块中，就可消除连续组织 方式的上述缺点。在采用链接组织方式时，可为文件分配多 个不连续的盘块，再通过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，由此所形成的 物理文件称为链接文件。 链接组织方式的主要优点是： (1) 消除了磁盘的外部碎片，提高了外存的利用率。
如果指针占用4个字节，对于盘块大小为512字节的磁盘，则 每个盘块中只有508个字节可供用户使用。
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图8-2 磁盘空间的链接式分配
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隐式链接分配方式的主要问题在于： 它只适合于顺序访问，它对随机访问是极其低效的。如果要访问文件
所在的第i个盘块，则必须先读出文件的第一个盘块……，就这样顺
序地查找直至第i块。当i=100时，须启动100次磁盘去实现读盘块的 操作，平均每次都要花费几十毫秒。可见，随机访问的速度相当低。 此外，只通过链接指针来将一大批离散的盘块链接起来，其可靠性较 差，因为只要其中的任何一个指针出现问题，都会导致整个链的断开。 为了提高检索速度和减小指针占用的存储空间，可以将几个盘块组成 一个簇(cluster)。分配时和链接时都以簇为单位。但这会增大内部 碎片。
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连续组织方式的主要缺点如下：
(1) 要求有连续的存储空间。要为每个文件分配一段连续的存储空间， 这样，便会产生出许多外部碎片，严重地降低了外存空间的利用率。
如果是定期地利用紧凑方法来消除碎片，则又需花费大量的机器时间。
(2) 必须事先知道文件的长度。要将一个文件装入一个连续的存储区 中，必须事先知道文件的长度，然后根据长度，在存储空间中找出一 块其大小足够的存储区，将文件装入。有些情况下知道文件的大小很 难，只能靠估算。 (3) 不能灵活地删除和插入记录。需移动相邻的记录，改变文件大小。 (4) 对于那些动态增长的文件，即使事先知道文件的最终大小，也会 使大量的存储空间长期地空闲着。。
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8.1 8.2 8.3 8.织方式 文件存储空间的管理 提高磁盘I/O速度的途径 提高磁盘可靠性的技术 数据一致性控制
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8.1 外存的组织方式
文件的物理结构直接与外存的组织方式有关。目前常用的外 存组织方式有： (1) 连续组织方式。
(2) 对插入、删除和修改记录都非常容易。
(3) 能适应文件的动态增长，无需事先知道文件的大小。
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1. 隐式链接
在采用隐式链接分配方式时，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。 而在每个盘块中都含有一个指向下一个盘块的指针。 图8-2 中示出了一个占用5个盘块的链接式文件。在相应的目 录项中，指示了其第一个盘块号是9，最后一个盘块号是25。 在第一个盘块9中设置了第二个盘块的盘块号是16；在16号 盘块中又设置了第三个盘块的盘块号1。
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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。该表在整个磁盘中仅设置一张，如图8-3所示。 表的序号是物理盘块号，从0开始，直至N-1；N为盘块总数。在 每个表项中存放链接指针，即下一个盘块号。在该表中，凡是属 于某一文件的第一个盘块号，均作为文件地址被填入相应文件的 FCB（目录项）的“物理地址”字段中。 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。 由于分配给文件的所有盘块号都放在该表中，故把该表称为文件 分配表 FAT (File Allocation Table)。
(2) 链接组织方式。
(3) 索引组织方式。
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8.1.1
连续组织方式
连续组织方式又称连续分配方式。连续分配要求为每一个文件分 配一组相邻接的盘块。例如，第一个盘块的地址为b，则第二个盘
块的地址为b+1，第三个盘块的地址为b+2……
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，
长度(以盘块数进行计量)。
图8-1 示出了连续分配的情况。图中假定了记录与盘块的大 小相同。Count文件的第一个盘块号是0，文件长度为2，因 此是在盘块号为0和1的两盘块中存放文件的数据。
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图8-1 磁盘空间的连续组织方式
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如同内存的动态分区分配一样，随着文件建立时空间的分配 和文件删除时空间的回收，将使磁盘空间被分割成许多小块， 这些较小的连续区已难于用来存储文件，此即外存的碎片。 同样，我们也可以利用紧凑的方法，将盘上所有的文件紧靠 在一起，把所有的碎片拼接成一大片连续的存储空间。 但为了将外存上的空闲空间进行一次紧凑，所花费的时间远 比将内存紧凑一次所花费的时间多得多。
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连续组织方式的主要优点有： (1)顺序访问容易。访问一个占有连续空间的文件非常容易。 系统可从目录中找到该顺序文件所在的第一个盘块号，从此 开始顺序地、逐个盘块地往下读/写。连续分配也支持直接存 取。例如，要访问一个从b块开始存放的文件中的第i个盘块 的内容，就可直接访问b+i号盘块。 (2)顺序访问速度快。因为由连续分配所装入的文件，其所 占用的盘块可能是位于一条或几条相邻的磁道上，这时，磁 头的移动距离最少，因此，这种对文件访问的速度是几种存 储空间分配方式中最高的一种。