目錄

文件控制塊---FCB

為了能對(duì)一個(gè)文件進(jìn)行正確的存取，必須為文件設(shè)置用于描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為文件控制塊FCB

文件與文件控制塊一一對(duì)應(yīng)

記錄文件名及其存放地址、文件的說(shuō)明和控制信息

文件管理程序結(jié)組于文件控制塊中的信息對(duì)文件施以各種操作

把文件控制塊的有序幾何成為文件目錄。

即一個(gè)文件控制塊就是一個(gè)目錄項(xiàng)，通常一個(gè)文件目錄也被看作是一個(gè)文件，稱(chēng)為目錄文件。

目錄管理

對(duì)文件實(shí)施有效的管理。必須對(duì)他們加以妥善組織，主要是兩大操作。

基本信息記錄FCB、目錄項(xiàng)

方便檢索、管理

目錄管理要求

實(shí)現(xiàn)安明存取

提高對(duì)目錄的檢索速度

文件共享

允許文件重名。

FCB內(nèi)容

在文件控制塊中，通常含有以下三類(lèi)信息。

基本信息類(lèi)

包括文件名。文件物理位置，文件邏輯結(jié)構(gòu)，文件的物理結(jié)構(gòu)。

存取控制信息類(lèi)

包括文件主的存取權(quán)限，核準(zhǔn)用戶(hù)的存取權(quán)限和一般用戶(hù)的存取權(quán)限。

使用信息類(lèi)

建立日期和時(shí)間、文件上次修改的日期和時(shí)間

當(dāng)前使用信息：打開(kāi)該文件的進(jìn)程數(shù)、是否唄進(jìn)程鎖住。是否已修改等。

MS-DOS的文件控制塊

關(guān)于文件檢索的速度

文件FCB組成的目錄文件存放于磁盤(pán)，需要時(shí)要從磁盤(pán)將目錄內(nèi)容調(diào)入內(nèi)存進(jìn)行檢索使用。

如果目錄占用5個(gè)盤(pán)塊，則至多需啟動(dòng)5次磁盤(pán)讀寫(xiě)。

索引節(jié)點(diǎn)

引入

文件目錄占大量的盤(pán)塊，需要進(jìn)行的磁盤(pán)讀寫(xiě)開(kāi)銷(xiāo)越大減少實(shí)際檢索的i洗腦洗量就減少以哦對(duì)那個(gè)磁頭的開(kāi)銷(xiāo)。提高速度

目錄一般時(shí)按名檢索。而直接找到正確文件前，只關(guān)心文件名，不需要其他的文件描述信息。目錄中這部分內(nèi)容的調(diào)入不是必須的

所以將文件名、文件具體信息分開(kāi)，使文件描述信息單獨(dú)形成一個(gè)索引結(jié)點(diǎn)。

索引節(jié)點(diǎn)從外存到內(nèi)存的過(guò)程中有不同的形式：

磁盤(pán)索引結(jié)點(diǎn)

存放磁盤(pán)上的索引節(jié)點(diǎn)。主要包括：文件主標(biāo)識(shí)符。文件類(lèi)型、文件存取權(quán)限、文件物理地址。文件長(zhǎng)度、文件連接計(jì)數(shù)，文件存取時(shí)間。

內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)

文件被打開(kāi)后。將磁盤(pán)索引結(jié)點(diǎn)拷貝到內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)中以便使用，比磁盤(pán)索引結(jié)點(diǎn)增加了一下內(nèi)容：索引結(jié)點(diǎn)編號(hào)、狀態(tài)、訪問(wèn)計(jì)數(shù)、文件所屬文件系統(tǒng)的邏輯設(shè)備號(hào)、鏈接指針。

目錄結(jié)構(gòu)

目錄結(jié)構(gòu)的組織、關(guān)系到文件系統(tǒng)的存取速度、也關(guān)系到文件的共享性和安全性。

組織好文件的目錄。使設(shè)計(jì)好文件系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

單極目錄結(jié)構(gòu)

最簡(jiǎn)單的目錄結(jié)構(gòu)

整個(gè)文件系統(tǒng)中只建立一張目錄表,每個(gè)文件一個(gè)目錄項(xiàng)，含有文件相關(guān)信息。

每建立一個(gè)新文件：

先檢索所有目錄項(xiàng)，保證文件名唯一。

獲得一個(gè)空白目錄項(xiàng)。填入相關(guān)信息。修改狀態(tài)位

刪除一個(gè)文件：

找到對(duì)應(yīng)目錄項(xiàng)?；厥瘴募加每臻g，刪除目錄項(xiàng)。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、能實(shí)現(xiàn)目錄管理的基本功能-按名存取

缺點(diǎn)：

文件檢索時(shí)需要搜遍整個(gè)目錄文件，范圍大速度滿(mǎn)，

不允許重名，名字過(guò)多難于記憶，對(duì)于多用戶(hù)環(huán)境重名難以避免，

不敗你于實(shí)現(xiàn)文件共享，一般只適用于單機(jī)環(huán)境

兩級(jí)目錄結(jié)構(gòu)

為每一個(gè)用戶(hù)建立一個(gè)單獨(dú)的用戶(hù)文件目 錄UFD，UFD由用戶(hù)所有文件的文件控制 塊組成。

系統(tǒng)建立一個(gè)主文件目錄MFD， MFD中 每個(gè)用戶(hù)目錄文件都占有一個(gè)目錄項(xiàng)，其 中包括用戶(hù)名和指向UFD的指針。

兩級(jí)目錄的特點(diǎn)

基本克服了單級(jí)目錄的缺點(diǎn)，并具有以 下優(yōu)點(diǎn)：

提高了檢索目錄的速度。

在不同的目錄中可重名。

不同用戶(hù)還可以使用相同/不同的文件名來(lái) 訪問(wèn)系統(tǒng)中的同一個(gè)共享文件。

不提供子目錄操作，還不方便；各用戶(hù) 之間被完全隔離的話用戶(hù)訪問(wèn)其他用戶(hù) 文件時(shí)，不方便合作。

鏈接有兩種形式

隱式鏈接

文件空間信息的目錄項(xiàng) 中沒(méi)有鏈接數(shù)據(jù)

◆鏈接信息隱含記錄在盤(pán)塊 數(shù)據(jù)中；

◆每個(gè)盤(pán)塊拿出若干字節(jié)， 記錄指向下一盤(pán)塊號(hào)的指 針。

◆問(wèn)題：只能順著盤(pán)塊讀取， 可靠性低

顯式鏈接（FAT)

◆記錄盤(pán)塊鏈接的 指針顯示地記錄為 一張鏈接表

◆所有已分配的盤(pán) 塊號(hào)都記錄在其中， 稱(chēng)文件分配表

◆為了提高文件系 統(tǒng)訪問(wèn)速度，F(xiàn)AT 一般常駐內(nèi)存

◆屬于一個(gè)文件的盤(pán)塊通過(guò)鏈接 成為一體，每個(gè)鏈條的首地址作 為文件地址記錄在相應(yīng)文件的 FCB的“物理地址”字段中

計(jì)算

索引分配

鏈接的不足 ?順序檢索的時(shí)間成本：不能支持高效的盤(pán)塊直接存取。 要對(duì)一個(gè)文件進(jìn)行直接存取，仍需在FAT中順序的查找 許多盤(pán)塊號(hào)。

鏈接信息的空間成本：FAT需占用較大的內(nèi)存空間。當(dāng) 磁盤(pán)容量較大時(shí)，F(xiàn)AT可能要占用數(shù)MB以上的內(nèi)存空 間。這是令人難以忍受的

改進(jìn)： 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)只涉及部分文件，F(xiàn)AT表無(wú)需全部調(diào)入內(nèi)存 ?

每個(gè)文件單獨(dú)建索引表（物理盤(pán)塊索引），記錄所有分 配給它的盤(pán)塊號(hào)；

建立文件時(shí)，便分配一定的外存空間用于存放文件盤(pán)塊 索引表信息；

單級(jí)索引分配

◆ 索引形式適合大文件

◆ 中、小型文件，只需若干鏈接即可。若用索引 分配方式，用一個(gè)盤(pán)塊存放少量索引信息反而 不適用。

多級(jí)索引

◆若文件較大，存放索引表也需要多個(gè) 盤(pán)塊（索引盤(pán)塊）。

◆索引盤(pán)塊亦需要按順序管理起來(lái) ?若索引盤(pán)塊數(shù)量較少用指針鏈接的方式即 可；

若索引盤(pán)塊較多，需對(duì)索引盤(pán)塊也采用索 引方式管理，形成多級(jí)索引。

多級(jí)索引計(jì)算

混合組織索引

多種索引方式相結(jié)合，以UNIX system V的 索引結(jié)點(diǎn)為例： 一個(gè)索引結(jié)點(diǎn)定義為13個(gè)地址項(xiàng)：

iaddr（0） ~iaddr（12），總的來(lái)說(shuō)分為兩種：直接 地址、間接地址 ?

iaddr（0）~iaddr（9）存放直接地址，即存 文件數(shù)據(jù)的盤(pán)塊號(hào)； ?

iaddr（10）存放單級(jí)索引的索引盤(pán)塊號(hào)；

剩余的用于文件較大時(shí)存放多級(jí)索引數(shù)據(jù)。

iaddr（11）存放二級(jí)索引的主索引盤(pán)塊號(hào)

iaddr（12）存放三級(jí)索引的主索引盤(pán)塊號(hào)

存儲(chǔ)空間的管理

空閑表法和空閑鏈表法

空閑表法 ?

常用于連續(xù)分配管理方式

①數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ?

系統(tǒng)為外存上的所有空閑區(qū)建立 一張空閑表 ?每個(gè)空閑區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)空閑表項(xiàng) （表項(xiàng)包括序號(hào)、空閑區(qū)的第一 個(gè)盤(pán)塊號(hào)、空閑盤(pán)塊數(shù)等。） ?

將所有空閑區(qū)按其起始盤(pán)塊號(hào)遞 增的次序排列，如右圖。

② 存儲(chǔ)空間的分配與回收操作 ? 與內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配類(lèi)似，同樣可采用首次適 應(yīng)算法、循環(huán)首次適應(yīng)算法等。 ?

回收主要解決對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)修改。 ?

應(yīng)該說(shuō)明，雖然很少采用連續(xù)分配方式，然 而在外存的管理中，由于它具有較高的分配 速度，可減少訪問(wèn)磁盤(pán)的I/O頻率，故它在 諸多分配方式中仍占有一席之地。（如實(shí)現(xiàn) 虛擬用的部分外存就是連續(xù)分配方式

空閑鏈表法

將所有空閑盤(pán)區(qū)拉成一條空閑鏈。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：鏈 根據(jù)構(gòu)成鏈所用基本元素的不同，可 把鏈表分成兩種形式：空閑盤(pán)塊鏈 ? 空閑盤(pán)區(qū)鏈

空閑盤(pán)塊鏈

◆將磁盤(pán)上的所有空閑空間，以盤(pán)塊為單位拉成一 條鏈。

◆因創(chuàng)建文件而請(qǐng)求分配空間時(shí)，系統(tǒng)從鏈?zhǔn)滓来?摘下適當(dāng)數(shù)目的空閑盤(pán)塊分配給用戶(hù)。

◆因刪除文件而釋放存儲(chǔ)空間時(shí)，系統(tǒng)將回收的盤(pán) 塊依次插入空閑盤(pán)塊鏈的末尾。

◆優(yōu)點(diǎn)：分配和回收一個(gè)盤(pán)塊的過(guò)程非常簡(jiǎn)單，但 為一個(gè)文件分配盤(pán)塊時(shí)，可能要重復(fù)操作多次

空閑盤(pán)區(qū)鏈

◆分配通常采用首次適應(yīng)算法。回收盤(pán)區(qū)時(shí)，將回收 區(qū)與相鄰的空閑盤(pán)區(qū)相合并。

為提高檢索速度，可以采用顯式方法，為空閑盤(pán)區(qū)建立 一張鏈表放在內(nèi)存中。

◆分配、回收操作涉及的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理方便

位示圖法——位示圖

利用二進(jìn)制的一位來(lái)表示一個(gè)盤(pán)塊的使用情況。

值為0表示對(duì)應(yīng)的盤(pán)塊空閑，為1表示已分配。

有的系 統(tǒng)則相反。

磁盤(pán)上的所有盤(pán)塊都有一個(gè)二進(jìn)制位與之對(duì)應(yīng)，這樣 由所有盤(pán)塊所對(duì)應(yīng)的位構(gòu)成一個(gè)集合，稱(chēng)為位示圖。

◆總塊數(shù)=m*n?？捎胢*n個(gè)位數(shù)來(lái)構(gòu)成位示圖，可看成是二維數(shù)組（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。

盤(pán)塊的分配與回收

成組鏈接法