[第九章]磁盘存储管理

文件系统

概述

• 按名存取

数据项

• 无结构（流式）：文件由字节组成，流文件

• 有结构（记录式）：由记录组成
• 定长
• 不定长：每个记录前面会记下起始位置

文件类型

• 系统文件：操作系统

• 库文件：标准函数

• 用户文件：用户信息组成

• 读、写、可执行

• 源文件

• 目标文件

• 可执行文件

• 普通文件

• 目录文件：空间其实是描述，索引节点
• 名字：文件名
• 内容：子项的属性信息

• 特殊文件：I/O设备、FIFO管道文件等

文件属性

• 名称：用户可识别

• 内部标识：唯一的

• 物理位置：物理盘块起始位置

• 拥有者

• 全限

• 类型

• 长度

• 时间

文件操作

• 创建

• 删除

• 读

• 写

• 截断（清零）

• 设置文件的读写位置（偏移）

逻辑结构

四种模式

• 顺序文件

• 索引文件

• 索引顺序文件：分组，每组一个记录索引

• 直接文件：hash函数，键值转换到物理地址

物理结构

• 目录指向磁盘起始块

• 连续结构
• 磁盘上连续存储
• 存取快
• 缺点
• 插入、删除困难
• 因为要顺序存储，所以有外部碎片
• 不译动态增长
• 实现知道文件长度

• 隐式链接结构
• 有一个指向下一个存储位置的指针
• 缺点：找后面的块需要访问前面的n多块

• 显式链接结构
• 含有一个文件分配表（FAT表）
• 以簇为单位
• 里面存放的是下一个存储位置
• 下标是当前文件夹位置
• 结构
• 引导区 FAT1 FAT2 根目录 其他目录和文件

• 索引结构
• 文件目录存放文件名及其对应的索引块
• 索引块存放各个盘块的先后存储位置
• 分类
• 一级索引
• 多级索引
• 文件对应的索引块中，块中放的也有索引块的地址
• 有内部碎片
• 混合索引
• 模式 拥有者 时间戳 大小 块数量 直接块 一级间接块 二级间接块 三级间接块
• 一个盘块为1k，每个盘块占4字节，则一个索引块可以存放文件的盘块号为256个
• 一次间接址
• 两次间接址
• 三次间接址

空闲磁盘管理

空闲表和空闲链表法

• 最小单位空闲盘块

• 多个盘块形成空闲盘区

• 空闲表法
用表记录空闲盘块或空闲盘区的位置
• 盘区还要记录块数

• 空闲链表法
用链表记录空闲盘块或空闲盘区的位置
• 含有空闲盘块、区指针

位示图

• 空闲为0，分配块用1

• 使用矩阵来存放众多位

• 查找空盘块从第一行第一列开始查找

• 盘块号从0开始

• 分配与回收：根据矩阵位置找盘块号，反之为回收

成组链接法⭐

结构

• 空闲盘块栈：存放第一组的长度并存放第一组的每一个盘块号

• 每组的盘块总数N和该组的全部盘块号都记入前一组的第一个盘块中
• 一组数量是一个固定的、不超过设定的值
• 每一组的盘块都一样
• 就像一个树，把所有盘块包含进去
• 一组编号不必连续

分配

• 当第一组还有多于一个时，栈顶取，分配第一组的每一个

• 出栈到第一组只有一个时，每一组前移，原来第一组的剩下一项复制到空闲盘块栈

回收

• 第一组不满，放第一组。栈数量加1，并存放盘块号

• 如果满预定值，每一组后移，空闲盘块栈成为第一组的第一项，新来的为空闲盘块栈

目录管理

• 文件控制块（FCB）：数据结构，存放管理文件所有属性信息
• 目录是由每个目录项的FCB构成
• 文件名、文件号、用户名、文件地址、长度、类型、属性、共享计数、链接计数、建立日期、保存期限、最后修改日期、最后访问时间、口令、文件逻辑结构、文件物理结构

• 文件目录

• 目录项

• 目录文件

目录结构

• 一级目录结构
• 文件存放一个目录中

• 二级目录结构
• 多用户，每个用户一个一级目录

• 多级目录结构（树形目录）
• 可共享，为硬链接
• 工作目录（当前目录）

文件目录改进

• 符号目录项
• 次部
• 文件名 、文件号
• 对文件查找只查符号目录项就可以查到

• 基本目录项（索引节点）
• 主部
• 除文件名的部分（包括文件号）
• 对文件操作需要通过符号目录项的文件号找到基本目录项

• 如果访问文件，与之前相比，需要再加一次访问（根据符号目录号的文件号查基本目录项）

• UNIX、LINUX采用此方法

目录查询技术

Hash方法

• 不能使用通配符

线性检索法

文件共享

• 软链接
• 建立一个文件，文件内容是目标文件的路径

• 硬链接
• 两个符号目录项指向同一个索引节点

磁盘容错技术

三层

• 替代磁盘

• 替代机器

• 替代集群

热修复重定向

• 磁盘中一个区域，当访问的一个区域故障，临时代替

不一致性检查

• 正常，为10或01

• 0 0
• 0 1

• 0 2
• 0 1

• 2 0
• 人工检查文件内容属于哪个文件