操作系统:文件的物理结构(文件分配方式)
文件分配对应于文件的物理结构,是指如何为文件分配磁盘块。常用的磁盘空间分配方法有三种:连续分配、链接分配和索引分配。
连续分配
连续分配方式要求每个文件在磁盘上占有一道连续的块。
优点:支持顺序访问和直接访问(即随机访问);连续分配的文件在顺序访问时速度最快。
缺点:不方便文件拓展;存储空间利用率低,会产生磁盘碎片。
链接分配
链接分配采取离散分配的方式,可以为文件分配离散的磁盘块。分为隐式链接和显式链接两种。
考试题目中遇到未指明隐式/显式的链接分配,默认指的是隐式链接的链接分配。
隐式链接——除文件的最后一个盘块外,每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。文件目录包括文件第一块的指针和最后一块的指针。
优点:很方便文件拓展,不会有碎片问题,外存利用率高。
缺点:只支持顺序访问,不支持随机访问,查找效率低,指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。
显式链接——把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中,即文件分配表(FAT, File Allocation Table)。一个磁盘只会建立一张文件分配表,开机时文件分配表放入内存,并常驻内存。
优点:很方便文件拓展,不会有碎片问题,外存利用率高,并且支持随机访问。相比于隐式链接来说,地址转换时不需要访问磁盘,因此文件的访问效率更高。
缺点:文件分配表需要占用一定的存储空间。
索引分配
索引分配允许文件离散地分配在个磁盘块中,系统会为每个文件建立一张索引表,索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块(索引表的功能类似于内存管理中的页表——建立逻辑页面到物理页之间的映射关系)。索引表存放的磁盘块称为索引块,文件数据存放的磁盘块称为数据块。
若文件太大,索引表项太多,可以采取以下三种方法解决:
1、链接方案:如果索引表太大,一个索引块装不下,那么可以将多个索引块链接起来存放。缺点:若文件很大,索引表很长,就需要将很多个索引块链接起来。想要找到第i号索引块,必须先依次读入0~i-1号索引块,这就导致磁盘I/O次数过多,查找效率低下。
2、多层索引:建立多层索引(原理类似于多级页表)。使第一层索引块指向第二层的索引块,还可根据文件大小的要求再建立第三层、第四层索引块。采用k层索引结构,且顶级索引表未调入内存,则访问一个数据块只需要k+1次读磁盘操作。缺点:即使是小文件,访问一个数据块依然需要k+1次读磁盘。
3、混合索引:多种索引分配方式的结合。例如,一个文件的顶级索引表中,既包含直接地址索引(直接指向数据块),又包含一级间接索引(指向单层索引表),还包含两级间接索引(指向两层索引表)。优点:对于小文件来说,访问一个数据块所需的读磁盘次数更少。
超级重要考点:1)要学会根据多层索引、混合索引的结构,计算出文件的最大长度(key:各级索引表最大不能超过一个块);2)要能自己分析访问某个数据块所需要的读磁盘次数(key:FCB中会存有指向顶级索引块的指针,因此可以根据FCB读入顶级索引块。每次读入下一级的索引块都需要一次读磁盘操作。另外,要注意题目条件——顶级索引块是否已调入内存)。
三种文件分配方式对比
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