操作系统原理第9章 磁盘存储器管理 重点内容

目录

（一）外存的组织方式种类

（二）FAT 系统（计算）

（三）文件存储空间的管理方式

（一）外存的组织方式种类

• 连续组织方式
  • 原理：在磁盘等外存上，为文件分配一组连续的物理块。比如一个文件需要 5 个物理块存储，就会在磁盘上找连续的 5 个空闲块。
  • 优点：文件读取速度快，因为磁头移动距离短，可顺序读取。实现简单，管理方便，只需记录文件起始块号和块数。
  • 缺点：易产生外部碎片，磁盘空间利用率低。新文件分配空间时，可能因找不到连续大块空闲区而无法存储，即便磁盘有足够零散空闲空间 。
• 链接组织方式
  • 原理：为文件分配不连续的物理块，通过指针将这些块链接起来。分为隐式链接和显式链接 。隐式链接是每个物理块中含指向下一块的指针，文件目录记录起始块号；显式链接是把所有块间链接指针集中存放在一张表（如文件分配表 FAT ）中 。
  • 优点：有效利用磁盘零散空间，减少外部碎片。新文件分配空间灵活，只要有空闲块就能分配 。
  • 缺点：隐式链接查找效率低，需逐个块读指针找后续块；显式链接虽查找效率有提升，但 FAT 表需占用一定内存空间 。
• 索引组织方式
  • 原理：为每个文件建立一个索引表，表中记录文件各逻辑块对应的物理块号，索引表存于外存，文件目录记录索引表地址 。
  • 优点：文件存储灵活，可分配不连续物理块，空间利用率高。查找速度快，通过索引表可直接定位物理块 。
  • 缺点：索引表占用额外存储空间，大文件索引表可能很大，需多级索引，增加管理复杂度 。

（二）FAT 系统（计算）

• FAT（文件分配表）概念：FAT 是一种记录磁盘上文件存储位置和空闲空间信息的数据结构。它以表格形式记录每个簇（磁盘存储的基本分配单位 ）的使用情况，通过簇号来标识。
• 计算相关要点
  • 簇号计算：知道文件起始簇号，根据文件大小和每个簇容量，可计算文件占用簇数及后续簇号。如文件大小 10KB，簇大小 4KB，起始簇号为 5 ，则占用簇数约为 3（10KB÷4KB 向上取整 ），后续簇号可通过 FAT 表中指针查找 。
  • 空间计算：根据 FAT 表项大小和磁盘总簇数，可计算 FAT 表占用空间。比如 FAT16（表项 16 位 ），磁盘有 n 个簇，FAT 表占用空间为 n×2 字节（16 位 = 2 字节 ） 。
  • 文件定位计算：给定文件逻辑块号，通过文件目录找到索引节点（含 FAT 表指针 ），再在 FAT 表中查找对应簇号，换算出物理块号，实现文件定位 。

（三）文件存储空间的管理方式

• 空闲表法
  • 原理：将外存上所有空闲区视为一个文件，用一张空闲表记录各空闲区起始块号和块数。分配空间时，找合适空闲区分配；回收时，更新空闲表 。
  • 优点：简单直观，类似内存动态分区分配。
  • 缺点：适合连续分配，不适合大量小文件频繁分配回收，易产生外部碎片 。
• 空闲链表法
  • 原理：把空闲块或空闲区链接成链表。有单块链表（每个空闲块含指向下一空闲块指针 ）和成组链表（将若干空闲块成组，每组首块记录下组位置及本组块数 ） 。分配时从链表取块，回收时插入链表 。
  • 优点：灵活管理空闲空间，适合非连续分配。成组链表结合连续和链接优点，提高查找和分配效率 。
  • 缺点：单块链表查找效率低；成组链表管理稍复杂 。
• 位示图法
  • 原理：用一个二进制位对应一个物理块，位值 0 表示空闲，1 表示已分配。通过位示图可快速判断块状态，进行分配回收操作 。分配时找 0 位，回收时将对应位清 0 。
  • 优点：空间管理紧凑，分配回收速度快，可通过位运算实现 。
  • 缺点：位示图需占用一定内存空间，大规模磁盘管理时，位示图可能较大 。
• 成组链接法
  • 原理：将空闲块分组，每组第一个块记录下一组空闲块信息（如块数、块号 ），最后一组空闲块的第一个块无后续组信息。超级块记录第一组空闲块信息 。分配时从第一组取块，不足时从后续组移块补充；回收时先加入当前组，满组后创建新组 。
  • 优点：结合多种方法优点，高效管理大量空闲块，UNIX 系统常用 。
  • 缺点：实现相对复杂，需维护组间链接和空闲块信息 。