1.文件目錄?

1.1文件目錄的內容?

基本信息：文件名、文件類型、文件組織等；
地址信息：卷（存儲文件的設備）、起始地址，（起始物理地址）、文件長度（以字節、字或塊為單位）等。
訪問控制信息：文件所有者、訪問信息（用戶名和口令等）、合法操作等；
使用信息：創建時間、創建者身份、當前狀態、最近修改時間、最近訪問時間等。

1.2目錄內容的組織方式及分析

目錄項：全部目錄內容
目錄項：部分目錄信息，如文件名、文件大小、外存中的存儲位置等，其余部分保存在文件頭部。

1.3目錄文件及操作

目錄文件：多個文件的目錄項構成的一種特殊文件。
其操作包括：搜索目錄、創建目錄、刪除目錄、顯示目錄、修改目錄。

1.4目錄結構

單級目錄結構： 所有用戶的全部文件目錄保存在一張目錄表中，每個文件的目錄項占用一個表項。 實現簡單，易于維護。
問題：重名問題；存放文件數量受限；當目錄文件很大時，檢索時間長；不便于實現文件共享。
兩級目錄結構： 主文件目錄、用戶文件目錄 一定程度解決了重名問題，提高了文件目錄檢索效率，簡單的文件共享。
問題：不便用戶文件的邏輯分類；需要進一步解決重名、共享、檢索效率等問題。
層次目錄結構 ： 樹形目錄：

無循環圖結構：

2.文件的邏輯組織與訪問

2.1有結構文件與文件系統

大多數的文件系統是無結構文件系統。實際應用卻需要處理各種數據結構，這些數據結構一般不依賴文件系統，而是由相應的應用程序提供。例如，UNIX的文件系統，它本身不含任何數據結構。但是，UNIX卻能支持使用有結構文件的應用程序，如各種基于UNIX操作系統的數據庫管理系統、電子郵件系統等。這類應用程序必須能定義自己的數據結構，并能實現記錄與字節流之間的轉換。
一種電子郵件的格式定義：
type message = record to : array [ ] of address ; from : array [ ] of address ; subject : array [ ] of line ; cc : array [ ] of address; body : array [ ] of string ;Procedure getRecord (void) ; var msg : message ; begin msg = allocate(sizeof(message)); msg . to = getAddress(…); msg . from = getAddress(…); msg . cc = getAddress(…); msg . subject = getLine(…); msg . body = getString(…); return(msg); end. Procedure putRecord (void) ; var msg : message ; begin putAddress(msg . to); putAddress(msg . from); putAddress(msg . cc); putLine(msg . subject); putString(msg . body); end; 配置在某些大型計算機中的操作系統，如IBM MVS 、Macintosh的文件系統自身就能提供若干數據結構。
文件系統直接控制管理有結構文件，稱為有結構文件系統，或高級文件系統。

2.2文件的組織一般原則

有利于快速訪問文件記錄。該原則適用于訪問單條記錄。若以批量方式訪問文件，該原則不太重要。
易于更新。更新文件內容時，可能需要首先查找源數據，再進行修改。但是，對于 CD-ROM 文件，該原則這并不重要。
存儲代價小，無冗余信息。但是，有時候必須犧牲適量的存儲空間，以提高文件訪問速度。
維護簡單 ，可靠性高。

2.3有結構文件

有結構文件包括：堆文件、順序文件、索引順序文件、索引文件、直接（哈希）文件。 堆文件： 最簡單的文件組織方式。可以是無結構的字節流文件，也可以是由記錄構成的有結構文件。組成堆文件的記錄可以有不同的字段、不同的長度。因此，嚴格地說，堆文件應該屬于無結構文件。記錄按到達先后次序存放，最開始存入的記錄為第一條記錄，接著存入第二條記錄，第三條記錄，其余依次類推。?

有利于累計并保存大批量數據。常用于存放剛采集到的、未被處理的數據，或存儲后較少訪問的數據，或者不便于組織的數據。堆文件易于更新，因為更新數據直接追加到文件尾，無須插入到某個中間位置。但是，堆文件的記錄訪問效率極低。因此，大多數應用程序都不采用該文件類型。
順序文件： 由若干條邏輯記錄按照其關鍵字的某種順序排列而構成的文件，是最常用的文件組織方式。每條記錄都包含固定的字段，具有相同的長度。每條記錄都包含一個特殊字段關鍵字，不同記錄的關鍵字是不同的。記錄按關鍵字排序，若關鍵字字段的類型是字符型，則按字母排序；若關鍵字字段是數值型，則按數字排序。 ?


常用于批量數據處理，這時文件的訪問效率最高。是唯一、同時適合在磁盤和磁帶中存儲的文件。訪問效率比堆文件高。當文件較小，可以將文件全部裝入內存，利用某種快速的查找算法，如折半查找法、插值查找法等快速查找指定的記錄。
但是，訪問一個大型順序文件時，效率將會大大降低。更新效率較低。因為記錄必須插入到按關鍵字排序的某個位置，其后的各記錄必須進行物理上的位移，效率非常低。解決方法：單獨建立一個日志文件，或事務文件。新記錄首先放在日志文件中，通過周期性地執行批量更新操作，把日志文件合并到主文件中，并按原有的關鍵字順序排列全部記錄。?
索引順序文件： 將主文件（順序文件）的所有記錄按照某種標準分組，例如，首字母相同的記錄為一組；或按每小時或某固定長度的時間將記錄分組；或者按固定條數的記錄為一組，為主文件建立一張索引表。索引表記載每一組的第一條記錄的關鍵字值和指向該記錄的指針。索引表和主文件（順序文件）一起形成索引順序文件。

向索引順序文件插入記錄：
將記錄直接插入順序文件中，效率非常低。建立備份文件。新記錄首先插入備份文件中，系統再周期性地批量合并主文件和備份文件。為主文件的每條記錄增加一個指針域，指向備份文件的某一條記錄，該指針域對應用程序透明。插入新記錄到備份文件時，修改新記錄邏輯前序記錄的指針：前序記錄可能在主文件中，可能在在備份文件中。
直接（哈希）文件
利用Hash函數，根據記錄的關鍵字計算記錄的存儲位置，并按關鍵字訪問記錄，能提高記錄的訪問效率。常用于訪問速率要求高、一次存取一條記錄且記錄為定長的文件。如文件目錄、價格表、名單等文件記錄的存取。

3.文件的物理組織—存儲空間的管理

文件存儲空間分配的有關問題：
從邏輯組織的角度看，文件由若干記錄構成；從物理組織的角度看，文件由若干數據塊組成。操作系統或文件管理系統負責為文件分配和管理數據塊。那么，如何劃分磁盤空間？如何為一個新建文件分配空間？如何為一個已存在的文件增加存儲空間？用什么數據結構記載文件已分配到的數據塊和空閑數據塊？

3.1預分配與動態分配

創建新文件時，需要分配存儲空間。一次性地為新文件分配足夠的存儲空間，這是預分配的思想。先為文件分配一部分存儲空間，以后再根據需要增加存儲空間，該方法稱為動態分配。?
要求文件創建時必須申明需要的最大空間。編譯程序，拷貝文件，通過網絡傳輸文件等，可以預先知道文件的大小；很多應用都不可能預先知道文件需要的最大空間。預先準確估計文件大小是不可能的。如果估計的空間太小，無法滿足文件的存儲需要和存儲空間的增長需要；如果估計太大，會浪費存儲空間。動態分配方法能滿足文件存儲空間的增長需要。

3.2分區大小

外存空間被分成若干大小相同的數據塊，類似于內存空間的分頁管理技術。分區 = 數據塊,該方法有利于提高外存空間的利用率，但I/O性能較低。也可以采用可變大小的分區 ，此時分區 = 若干連續數據塊。
與分區大小有關的因素：
文件中的數據相鄰存儲有利于提高性能；若分區太小，文件分配到的分區數目將會很多。用于管理分區（已分配和未分配的）的數據結構如表格等將會很大，增加管理復雜度；若分區大小固定，將會簡化空間的分配和回收；若分區大小可變，或分區大小固定且較小，可以減少存儲空間的浪費。確定分區大小時，需要綜合考慮以上若干因素。
可變大小的分區 vs.固定小分區 ：
對于預分配方法，若采用小分區，預先分配給文件足夠數量的小分區，可能使文件分配表很大。但由于文件空間不再增加，文件分配表將保持固定大小，不會改變。若采用可變大小的連續分區模式。無須設置文件分配表，只需要記住文件存儲空間的第一個數據塊的地址和分區大小，就能定位一個文件。?

3.3文件存儲空間的分配技術

該技術可以分為連續分配和非連續分配。其中，非連續分配可以進一步分為鏈接分配和索引分配。
連續分配：
采用可變大小的連續分區、預分配技術。把邏輯文件中的數據順序地存儲到物理上鄰接的各個數據塊中，這樣形成的物理文件可以進行順序存取。優點：簡單、容易實現。
文件分配表中為每個文件建立一個表項，其中記載文件的第一個數據塊地址及文件長度。對于順序文件，連續讀/寫多個數據塊內容時，性能較好。能很快檢索文件中的一個數據塊。例如，如果一個文件的第一個數據塊的序號為x，需要檢索文件的第y塊，則該數據塊在外存中的位置為x+y-1。
連續分配存在的問題：
不利于文件尺寸的動態增長。空間利用率不高：對于需要很長時間才能完成增長的文件，預先分配的較大存儲空間也會在較長時間得不到有效利用。該分配方案可能會導致磁盤碎片，嚴重降低外存空間的利用率。解決方法之一，系統定期或不定期采用緊湊技術，將小分區合并為大的、連續分區，將文件占用空間合并在一起。 鏈接分配：
連續分配的文件分區太大，不利于存儲空間的有效利用。非連續分配可以將文件分區劃小，最小的文件分區基于一個數據塊。能顯著提高存儲空間的利用率。鏈接分配方法可以按基于數據塊的文件分區進行分配，為文件分配非連續的若干數據塊，數據塊之間用指針相連。
鏈接分配消除連續分配引起的外部碎片，提高了外存空間的利用率。能適應文件尺寸的動態增長。文件分配表中的目錄項也非常簡單，只需記載文件的第一個數據塊地址和文件長度。
鏈接分配適合于文件的順序存取，但對于隨機存取卻相當低效。如果要訪問文件的第i 個數據塊，必須首先從文件分配表的相應目錄項中找到該文件的第一個數據塊地址，讀出第一個數據塊中包含的第二個數據塊的指針。然后，從第二個數據塊中讀出指向第三個數據塊的指針。依次類推，直到找到第 i –1個數據塊，從中讀出指向第i 個數據塊的指針。最后，讀取第 i 個數據塊的內容。如果一個文件包含成百上千個數據塊，則需要花費很長的時間來訪問接近鏈表尾的數據塊。大量數據塊依靠塊內指針逐一相連，其可靠性較差。每個數據塊必須包含指針信息，這將占用額外存儲空間。?

索引分配：

索引分配能解決連續分配和鏈接分配存在的諸多問題。不需要在每個分區中花費額外存儲空間存儲鏈接指針，而是利用專門的索引結點存儲索引信息。索引分配可以基于大小固定的分區。
基于數據塊的分區能消除外部碎片，但索引項較多，可能使一個數據塊容納不了一個文件的所有分區的索引。基于可變分區的索引分配可以保證文件存儲空間的局部連續性，有利于提高文件訪問性能，減少文件的索引項。
索引分配的優點：
支持文件的直接存取。當需要存取文件的第i號分區時，可以直接從索引表中找到第i個分區的數據塊號或可變分區的起始數據塊號。能滿足文件的動態增長需要，只需要更新索引結點的內容，就可以把新增加的分區記錄下來。利用多級索引，可以支持大型文件的存取。?
索引分配存在的問題：
對于一些較小的文件，例如，僅需要幾個數據塊的文件，采用索引分配方案也必須為之建立一個索引表，索引節點的利用率較低。如果文件太大，建立多級索引會花費很長時間，而且需要海量存儲空間。對于一些較小的文件，例如，僅需要幾個數據塊的文件，采用索引分配方案也必須為之建立一個索引表，索引節點的利用率較低。如果文件太大，建立多級索引會花費很長時間，而且需要海量存儲空間。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[OS复习]文件管理2的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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