• 文件的物理结构

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    文件的物理结构

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    • 对空闲磁盘块的管理
    • 对非空闲磁盘块的管理（存放文件数据的磁盘块）

    文件块、磁盘块

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    • 外存的分块类似我们的内存分页，我们的磁盘中的存储单元也会被分为一个个块/磁盘块/物理块，很多磁盘块的大小与内存卡，页面的大小相同
    • 内存和磁盘之间的数据交换都是以块为单位进行

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    • 在内存管理中，进程的逻辑地址空间被分为了一个个页面，同样的，在外存的管理中，为了方便对文件数据的管理，文件的逻辑地址空间也被分为了一个一个的磁盘块，于是文件的逻辑地址也可以表示为（逻辑块号，块内地址）的形式
    • 用户通过逻辑地址来操作自己的文件，操作系统要负责从逻辑地址到物理地址的映射

    文件的物理结构（文件的分配方式）

    连续分配

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    • 连续分配方式要求每个文件在磁盘上占用一组连续的块
    • 因为是连续分配，所以我们在我们目录项中只需要记录对应的起始块号，我们可以通过起始块号+逻辑块号==物理块号
    • 因此连续分配支持顺序访问和直接访问（即随机访问）
      • 随机访问：就是需要哪个逻辑块的数据，直接能得到对应的磁盘块地址
      • 顺序访问：读取某个磁盘块，需要我们移动磁头，所以访问的两个磁盘块相隔太远，或导致磁头移动时间太长，连续分配的文件在读取数据的速度最快

    连续分配的缺点

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    • 因为必须要连续的磁盘块，所以可能会产生难以利用的磁盘碎片，降低存储空间的利用率
    • 由于需要连续的磁盘空间，所以文件不方便扩展

    链接分配

    • 链接分配采用的是离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块

    隐式链接

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    • 对于隐式链接我们对应的目录项需要记录起始块号和结束块号，当然还需要除了文件的最后一个磁盘块之外，每个磁盘块都需要保存指向下一个盘块的指针（对用户是透明的）
    • 对于一个文件，从目标项中找到起始块号，将起始块号读入内存，然后就可以知道1号逻辑块的物理块号，依次类推，如果想读第n个逻辑块，需要n+1次磁盘I/0
    • 采用隐式链接方式的文件，只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低

    显式链接

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    • 把我们用于链接文件各物理块的指针显式存放在一张表中——文件分配表
      • 文件分配表中存放物理块号和对应的下一块的块号
      • 我们文件的目录项存储我们的物理起始块号
      • 一个磁盘仅设置一张FAT，开机的时候，就将FAT读入内存，并常驻内存
      • 因为FAT各个表项在物理上也是连续存储，且每个表项的长度相同，因此物理块号字段可以隐藏

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    • 这种文件分配表是常驻内存的，所以查询这个表不会涉及到I/O操作，如果我们想找逻辑上第N个逻辑块，我们就先从目录项中找到对应的起始块号，到对应的FAT中找对应的下一块，找寻N次也就是我们的第N个逻辑块的物理块地址
    • 这种显式链接，也支持顺序访问，也支持随机访问（因为想访问i号逻辑块，并不需要依次访问前i-1个逻辑块）

    链接方式总结

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    索引分配方式

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    • 索引分配方式允许文件离散的地分配在各个磁盘块中，系统为每个文件建立一个索引表（显式链接的链式分配方式中，文件分配表是一个磁盘对应一张），索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块（类似我们在内存管理中的页表——建立逻辑页面到物理页之间的映射关系）
      • 索引表存放的磁盘称为索引块，文件数据存放的磁盘块称为数据块
    • 我们的文件的目录项中存放对应的索引块(物理地址)

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    • 怎么将逻辑块号转换成物理块号
      • 首先用户提出要访问的逻辑块号N，操作系统找到该文件对应的目录项（FCB）
      • 从目录项中中找到索引块的地址，将索引块从外存读入内存，根据索引表和逻辑块号找到对应的物理块号
    • 索引分配方式也是支持随机访问的，文件拓展也很容易实现

    遇到的问题

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    • 如果一个磁盘1KB，一个索引项表4B，那么一个磁盘块也就是存放256个索引项，如果一个文件很大，一个磁盘块是装不下的，而且我们的索引项需要连续存储
      • 链接方式
      • 多层索引
      • 混合索引

    链接方案

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    • 索引表太大，一个索引块装不下，可以将多个索引块链接存放起来
    • 这种方式是低效的：如果我们的索引块有很大，那么也会涉及很多的I/O操作，想访问最后一个块，需要遍历前面的块

    多层索引

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    • 类似我们的多级页表（我们的页表太大，采用多级页表，利用分割逻辑地址，获得对应的一级页表的页表项和二级页表项）
    • 我们使第一层索引块指向第二层的索引块…
    • 我们页目录项存放着我们的一级索引表的索引块，索引块中放着二级索引表的索引块
      • 我们想要第N个逻辑块的物理块地址 一个索引表能放256个索引项 先除256 得到的数说明在第几个二级索引表，然后通过取余获得在第二级索引表的哪个位置
    • N层索引说明需要N+1次磁盘I/O

    混合索引

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    • 混合索引有三种索引方式
      • 直接地址
      • 一级间接
      • 二级间接

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_50985215/article/details/127698417