操作系统中文件存储空间的管理
一、文件存储空间管理的概念
由于文件存储设备是分成若干个大小相等的物理块，并以块为单位来交换信息的，因此，文件存储空间的管理实质上是一个空闲块的组织和管理问题，它包括空闲块组织，空闲块的分配和空闲块的回收等几个问题。
二、文件存储空间管理的方式
1． 空闲表法（空闲文件目录）
操作系统为磁盘外存上所有空闲区建立一张空闲表，每个表项对应一个空闲区，空闲表中包含序号、空闲区的第一块号、空闲块的块数等信息。
空闲表法适用于连续文件结构，其分配的方式是，在系统为某个文件分配空闲块时，首先扫描空闲表项，如找到合适的空闲区项，则分配给申请者，并把该项从空闲表中去掉。如果一个空闲区项不能满足申请者的要求，则把空闲表中的另一项满足要求的分区分配给申请者（连续文件结构除外）。如果一个空闲表项所含块数超过申请者要求，则为申请者分配了所要的物理块后，再修改该表项。
2． 空闲链表法（自由链表法）
将所有空闲盘区拉成一条空闲链，根据空闲链所有的基本元素不同，可以把链表分成两种形式：空闲盘块链和空闲盘区链。
空闲盘块链是将磁盘上的所有空闲分区，以盘块为单位拉成一条链，当用户创建文件请求分配存储空间时，系统从链首开始，依次摘下适当数目的空闲盘块分配给用户；当用户删除文件时，系统将回收的盘块依次加入到空闲盘块链的末尾。
空闲盘区链是将磁盘上的所有空闲盘区（每个空闲盘区可包含若干个盘块）拉成一条链。在管理的线性表中，每一个表项对应一个空闲区，增加一项存放指向空闲块的指针，将磁盘上的所有空闲区（可包含若干个空闲块）拉成一条链。每个空闲区上除含有用于指示下一个空闲区的指针外，还有本盘区大小（盘块数）的信息。
3． 位示图法
本方法利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况，磁盘上所有的盘块都有与之对应的一个二进制位。当其值为0时，表示对应的盘块空闲，当其值为1时，表示对应的盘块已经分配。
4． 成组链接法
空闲表法和空闲链表由于空闲表太长而不适合大型文件系统的使用。成组链接法是两种方法相结合的一种管理方法，兼备了两种方法的优点而克服了两种方法的缺点。其大致的思想是：把空闲的n个空闲扇区的地址保存在第一个空闲扇区内，其后一个空闲扇区内则保存另一顺序空闲扇区的地址，以此类推，直至所有空闲扇区都予以链接。
以下以UNIX操作系统为例，说明成组链接法的原理。
（1） UNIX操作系统采用索引结构存放文件物理块的地址
在UNIX 操作系统中，一个块定义为512 bytes,每一个文件对应一个唯一的机内代码，称为i节点，在文件的i节点中，放有存放文件的物理块号，由对应文件的逻辑字节偏移量计算出逻辑块号后，就可搜索i节点的地址索引结构而得文件的物理块号。
（2） UNIX system 的i节点中，定义有一个40字节长的字符数组。
由于每个物理块占用3个字节，因此，此字符组最多可以放下13个物理块号。显然，对于大于13个物理块（6.5KB）的文件，i节点中的索引数组将无法存放所有的物理块号。
（3） UNIX系统把文件分为小型、中型、大型和巨型四种。
（4） UNIX 系统文件的物理结构如图1
（5）UNIX的空闲块管理也使用类似的方法
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