第8章磁盘管理（一）

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1、1*8.1 外存分配方式文件的物理结构是指文件在物理存储介质上 的结构。n1、顺序结构连续分配方式n2、链接结构链接分配方式n3、索引结构索引分配方式2*8.1.1连续分配连续分配要求为每一个文件分配一组相邻接 的盘块。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。 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。3*连续分配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。 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

2、文件长度（以盘块数进行 计量）。4*5*012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名 始址 块数count 0 2 tr 14 3 mail 19 6 list 28 4 f 6 2 文件目录countftrmaillist6*优点n 简单 n 顺序访问容易n 顺序访问速度快n 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少7*缺点n要求有连续的存储空间u外部碎片问题-外存紧凑n必须事先知道文件的长度u文件不易动态增长F 预留空间:浪费F 重新分配和移动8*8.1.2链接结构这是一种非连续的结构，将一个逻辑文件存 储到外存上时，并不要求为

3、整个文件分配一块 连续的空间，而是可以将文件装到多个离散的 盘块中。 采用链接分配方式时，可通过在每个盘块上 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，把这样形成的物理文件 称为链接文件。9*10*隐式链接n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。n链接结构的文件适用于顺序存取。因为要获 得某一块的块号，必须先读出第一个盘块。 。顺序查找直至第i块，因此要随机地存取信 息就较为困难，且可靠性差。11*文件名 始址 末址jeep 9 25文件目录0123456789101112131415161718192021222324252627

4、2829303111016-12512*优缺点优点： 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 有利于文件动态扩充 缺点： 存取速度慢，不适于随机存取 链接指针占用一定的空间 可靠性问题，如指针出错13*显式链接文件分配表(FAT)将盘块中的链接指针按盘块号的顺序集中起来，构 成盘文件映射表/文件分配表 显式地存放在内存中。 整个磁盘仅设置一张，利用FAT可方便地进行随机存取 。14*图示15*FAT也要占用一定的存储空间，若盘的容量 较大，也可能占用较多的存储空间。在进行文 件访问时，可能在内存中装不下整个FAT，这样 就会造成若要读某块文件信息时，还要读盘块 映射表的操

5、作，影响使用效率。16*8.1.3FAT技术n早期的MSDOS,使用的12位的FAT12文件系统, 后来为16位的FAT16文件系统；nWindows95和Windows98，使用的是32位的 FAT32文件系统；nWindowsNT，Windows2000和WindowsXP，又 进一步发展为新技术文件系统NTFS。n这几种方法采用的文件分配方式基本上都是 显式链接方法。17*FAT技术n卷：将一个物理磁盘分成四个逻辑磁盘，每 个逻辑磁盘是一个卷，也称为分区。n每个卷都是一个能够单独被格式化和使用的 逻辑单元，供文件系统分配空间时使用。n一个卷中包含了文件系统信息，一组文件及 空闲空间。n每

6、个卷都专门划出一个单独区域来存放自己 的目录和FAT表，以及自己的逻辑驱动器字母。18*FAT12n以盘块为基本分配单位。n在每个分区中都配有两张文件分配表，在 FAT的每个表项中存放下一个盘块号，它实际 上是用于盘块之间的链接的指针，通过它可以 将一个文件的所有的盘块链接起来，将文件的 第一个盘块号放入其FCB中。n不支持长文件名19*图示图 6-10 MS-DOS的文件物理结构20*对于1.2MB的软盘,盘块大小为1KB,每个FAT 表项占12位,在每个FAT中共含有1.2K个表项,故 共需1.8KB.计算FAT表所占空间大小。21*FAT12n簇的基本概念n进行盘块分配时不再以盘块而是以

7、簇为单位 。簇是一组连续的扇区，在FAT中它是作为一 个虚拟扇区，簇的大小一般是2n个盘块。一个磁盘分区能分为多少簇则FAT就有多少 表项，相同容量下，FAT表的项数与簇的大小 成反比。22*FAT16n16位的文件分配表n若在FAT16中一簇最大64个扇区，则FAT16 能管理的最大磁盘分区为多少？ 216*64*512B=231B=2GBn不支持长文件名23*对于FAT16文件系统，若一个磁盘分区的大 小为512M，问一个簇最少要为多少个扇区？ 512M/216=2(29-16)=213B=8kB簇是大点好，还是小点好？ 使用簇的大小不恰当。若簇的大小为16KB ，如果一个只有1KB大小的

8、文件所占的空间并 不是1KB，而是16KB，足足浪费了15KB！ 24*FAT32n32位的文件分配表 在FAT32中一簇为4KB大小，8个扇区，则其允许管理的最 大磁盘容量为多少？ 232*4KB=16TBnFAT32同FAT16相比有什么优点？ 1.由于采用了更小的簇，FAT32文件系统可以更有效率地保 存信息。如两个分区大小都为2GB，一个分区采用了FAT16文 件系统，另一个分区采用了FAT32文件系统。采用FAT16的分 区的簇大小为32KB，而FAT32分区的簇只有4KB的大小。这 样FAT32就比FAT16的存储效率要高很多，通常情况下可以提 高15% 2. 同FAT16相比FA

9、T32最大的优点是可以支持的磁盘大小 达到2TB（2047GB），但是不能支持小于512MB的分区。 3.支持长文件名。25*8.1.4 NTFSnNTFS（New Technology File System）n采用了64位磁盘地址。 n很好的支持长文件各n具有系统容错功能n提供了数据的一致性n文件加密、文件压缩功能26*NTFSn磁盘组织，以簇为单位n文件组织，以卷为单位，将一个卷中的所有 文件信息，目录信息以及可用的未分配空间信 息，都以文件记录的方式记录在一张主控文件 表中。 27*Windows文件系统比较28*8.1.5索引分配链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存 在的问题，但又

10、出现了另外两个问题：n不能支持高效的直接存取nFAT需占用较大的内存空间实际上打开某个文件时，只需把该 文件占 用的盘块的编号调入内存即可。为此应将每个 文件所对应的盘块号集中地放在一起。29*8.1.5索引分配一个文件的信息存放在若干不连续物理块中 ，系统为每个文件建立一个专用数据结构-索 引表，并将这些块的块号存放在索引表中。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块单级索引分配30*单级索引分配31*012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名 索引表地址文件目录Jeep 199 161 10 25

11、-1-1-11932*优点n保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：n即能顺序存取，又能随机存取n满足了文件动态增长、插入删除的要求n能充分利用外存空间n不会产生外部碎片33*缺点n索引表本身要花费较多的外存空间。n通常采用一个专门的盘块作为一个索引块。n对于小文件采用索引分配方式时，其索引块 的利用率极低。n如果文件非常大，一个索引块装不了，需要 多个索引块时，单级索引分配方式也是低效的34*多级索引分配为这些索引块再建立一级索引两级索引分配方 式。（三级、四级） 35*多级索引分配n采用两级索引分配方式，如果每个盘块的大 小为1KB，每个盘块号占4个字节，则在一个索 引块中可存放256个盘块

12、号。这样在两级索引时 ，最多可包含的存放文件的盘块的盘块号总数 N=256*256=64K个盘块号，则所允许的文件最大 长度为64MB。n若盘块的大小为4KB，在采用单级索引时， 所允许的最大文件长度为4MB，而两级索引时所 允许的最大文件长度可达4GB。36*增量式索引分配方式将多种索引分配方式相结合：直接地址，一级索引 、二级索引、三级索引。UNIX系统中采用 37*增量式索引分配方式共设有13个地址项，分成两类，直接地址和间接地 址。 直接地址：直接存放 文件数据盘块的盘块号 假如每个盘块的大小为 4KB，当文件不大于 40KB时，便可直接从 索引结点中读出该文件 的全部盘块号38*增量

13、式索引分配方式一次间接地址：假如每个盘块的大小为4KB,一次间 接地址可存放1K个盘块号，因而允许文件长达4MB39*增量式索引分配方式多次间接地址：当文件长度大于4MB+40KB时，则采 用二次间址分配方式。文件最大长度可达4GB。三 次间址分配方式，文件最大长度可达4TB。40*练习磁带上的文件只能采用_存取方式. 磁盘上的文件可以采用_存取方式. 采用链接结构的文件适合于_存取. 流式文件是指无结构的文件. 磁盘上物理结构为链接结构的文件只能顺序存取. (1) 什么是文件的逻辑结构? (2) 什么是文件的物理结构?41*练习n隐式链接结构可以提高文件存储空间的利用率， 但不适合文件的随机

14、存取。n对物理文件来说，顺序文件必须采用连续分配方 式，而链接文件和索引文件可采用离散分配方式。n假定磁盘块大小为1B，对于1.2MB的软盘， FAT表需要占用_存储空间；对于100MB的 硬盘，FAT表需要占用_存储空间。 （1）1KB (2)1.5KB (3)1.8KB (4)2.4KB (5)3KB(1) 100KB (2)150KB (3)200KB (4)250KB (5)300KB42*练习n文件存储空间的分配可采用多种方式，其中， _方式 可使文件顺序访问的效率最高； _方式则可解决文件存储空间中的碎片问题 ，但却不支持对文件的随机访问。n在磁盘文件的物理结构中，（ ）既适合顺

15、序存取，又方便随机存取。 A、顺序结构 B、链式结构 C、索引结构 D、 文件的目录结构43*2009和2010n下列文件物理结构中，适合随机访问且易于文件扩展的是 A. 连续结构 B. 索引结构 C. 链式结构且磁盘块定长 D. 链式结构且磁盘块变长n设文件索引节点中有7个地址项，其中4个地址为直接地址 索引，2个地址项是一级间接地址索引，1个地址项是二级 间接地址索引，每个地址项的大小为4字节，若磁盘索引块 和磁盘数据块大小均为256字节，则可表示的单个文件最大 长度是()。 A. 33KB B. 519KB C. 1057KBD. 16513KB44*练习 n存放在某个磁盘上的文件系统，采用混合索引分配方式， 其中共有个地址项，第个地址项为直接 地址，第个地址项为一次间接地址，第个地址项 为二次间接地址，第个地址项为三次间接地址如果 每个盘块的大小为字节，若盘块号需要用个字节 来描述，而每个盘块最多存放个盘块地址：n（）该文件系统允许文件的最大长度是多少？n（）将文件的字节偏移量， 转换为物理块号和块内偏移量n（）假设某个文件的已在内存，但其他信息均在 外存，