迪拜哪个网站是做网站的,网站开发完整的解决方案,上海十大好厂排名,做网站都需要哪些技术文章目录1 文件的物理结构 #xff08;文件分配方式#xff09;1.1 文件块、磁盘块1.2 文件分配方式——连续分配1.3 文件分配方式——链接分配1.3.1 链接分配——隐式链接1.3.2 链接分配——显式链接1.3.3 链接分配#xff08;总结#xff09;1.4 文件分配方式——索引分配…
文章目录1 文件的物理结构 文件分配方式1.1 文件块、磁盘块1.2 文件分配方式——连续分配1.3 文件分配方式——链接分配1.3.1 链接分配——隐式链接1.3.2 链接分配——显式链接1.3.3 链接分配总结1.4 文件分配方式——索引分配1.4.1 链接方案1.4.2 多层索引1.4.3 混合索引1.4.4 索引分配总结1.5 文件分配总结2 文件存储空间管理2.1 存储空间的划分与初始化2.2 存储空间管理——空闲表法2.3 存储空间管理——空闲链表法2.4 存储空间管理一一位示图法2.5 存储空间管理一—成组链接法2.6 文件存储空间管理小结1 文件的物理结构 文件分配方式 1.1 文件块、磁盘块 类似于内存分页磁盘中的存储单元也会被分为一个个“块/磁盘块/物理块”。很多操作系统中磁盘块的大小与内存块、页面的大小相同 在内存管理中进程的逻辑地址空间被分为一个一个页面同样的在外存管理中为了方便对文件数据的管理文件的逻辑地址空间也被分为了一个一个的文件“块”。 于是文件的逻辑地址也可以表示为逻辑块号块内地址的形式。
1.2 文件分配方式——连续分配 连续分配方式要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。 问题用户通过逻辑地址来操作自己的文件操作系统如何实现从逻辑地址到物理地址的映射 逻辑块号块内地址→物理块号块内地址。只需转换块号就行块内地址保持不变 用户给出要访问的逻辑块号操作系统找到该文件对应的目录项FCB… 当然还需要检查用户提供的逻辑块号是否合法逻辑块号≥ 长度就不合法 可以直接算出逻辑块号对应的物理块号物理块号起始块号逻辑块号 因此连续分配支持顺序访问和直接访问即随机访问 连续分配读取某个磁盘块时需要移动磁头。访问的两个磁盘块相隔越远移动磁头所需时间就越长。 结论 连续分配的文件在顺序读/写时速度最快物理上采用连续分配的文件不方便拓展。物理上采用连续分配 存储空间利用率低会产生难以利用的磁盘碎片 可以用紧凑来处理碎片但是需要耗费很大的时间代价。 连续分配优缺点总结 优点支持顺序访问和直接访问即随机访问连续分配的文件在顺序访问时速度最快 缺点不方便文件拓展存储空间利用率低会产生磁盘碎片 1.3 文件分配方式——链接分配 链接分配采取离散分配的方式可以为文件分配离散的磁盘块。分为隐式链接和显式链接两种。 1.3.1 链接分配——隐式链接 问题1隐式链接如何实现文件的逻辑块号到物理块号的转变 用户给出要访问的逻辑块号i操作系统找到该文件对应的目录项FCB…从目录项中找到起始块号即0号块将0 号逻辑块读入内存由此知道1号逻辑块存 放的物理块号于是读入1号逻辑块再找 到2号逻辑块的存放位置……以此类推。因此读入i号逻辑块总共需要i1次磁盘 I/O。 结论采用链式分配隐式链接方式的文件只支持顺序访问不支持随机访问查找效率低。另外指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。
问题2是否方便拓展文件 若此时要拓展文件则可以随便找一个空闲磁盘块挂到文件的磁盘块链尾并修改文件的FCB 结论采用隐式链接的链接分配方式很方便文件拓展。 另外所有的空闲磁盘块都可以被利用不会有碎片问题 外存利用率高。
隐式链接分配优缺点总结 隐式链接——除文件的最后一个盘块之外每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。文件目录 包括文件第一块的指针和最后一块的指针。 优点很方便文件拓展不会有碎片问题外存利用率高。 缺点只支持顺序访问不支持随机访问查找效率低指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。 1.3.2 链接分配——显式链接 显式链接把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中。即文件分配表FATFile Allocation Table 假设某个新创建的文件“aaa”依 次存放在磁盘块2→5→0→1 假设某个新创建的文件“bbb”依 次存放在磁盘块4→23→3 则FAT表如下 注意一个磁盘仅设置一张FAT。 开机时将FAT读入内存并常驻内存。FAT 的各个表项在物理上连续存储且每一个表项长度相同因此“物理块号”字段可以是隐含的。
问题1如何实现文件的逻辑块号到物理块号的转变 用户给出要访问的逻辑块号i操作系统找到该文件对应的目录项 FCB…从目录项中找到起始块号若i0则查询内存中的文件分配表FAT 往后找到i号逻辑块对应的物理块号。逻辑块号转换成物理块号的过程不需要读磁盘操作。 结论采用链式分配显式链接方式的文件支持顺序访问也支持随机访问想访问i号逻辑块时并不需要依次访问之前的0~i-1号逻辑块由于块号转换的过程不需要访问磁盘因此相比于隐式链接来说访问速度快很多。 显然显式链接也不会产生外部碎片也可以很方便地对文件进行拓展。
1.3.3 链接分配总结 隐式链接——除文件的最后一个盘块之外每个盘块中都存有指向下一个盘块的指针。文件目录包括文件第一块的指针和最后一块的指针。 优点很方便文件拓展不会有碎片问题外存利用率高。 缺点只支持顺序访问不支持随机访问查找效率低指向下一个盘块的指针也需要耗费少量的存储空间。 显式链接——把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在一张表中即 文件分配表FATFile AllocationTable。一个磁盘只会建立一张文件分配表。开机时文件分配表放入内存并常驻内存。 优点很方便文件拓展不会有碎片问题外存利用率高并且支持随机访问。相比于隐式链接来说地址转换时不需要访问磁盘因此文件的访问效率更高。 缺点文件分配表的需要占用一定的存储空间。 考试题目中遇到未指明隐式/显式的“链接 分配”默认指的是隐式链接的链接分配
1.4 文件分配方式——索引分配 索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中系统会为每个文件建立一张索引表索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块索引表的功能类似于内存管理中的页表——建立逻辑页面到物理页之间的映射关系。索引表存放的磁盘块称为索引块。文件数据存放的磁盘块称为数据块。 假设某个新创建的文件“aaa”的数 据依次存放在磁盘块2→5→13→9。 7号磁盘块作为“aaa”的索引块 索引块中保存了索引表的内容。
注在显式链接的链式分配方式中文件分配表FAT 是一个磁盘对应一张。而索引分配方式中索引表是一个文件对应一张。 可以用固定的长度表示物理块号如 假设磁盘总容量为1TB240B磁盘块大小为1KB则共有230个磁盘块则可用4B表示磁盘块号因此索引表中的“逻辑块号”可以是隐含的。 问题索引分配如何实现文件的逻辑块号到物理块号的转换 用户给出要访问的逻辑块号i操作系统找到该文件对应的目录项FCB…从目录项中可知索引表存放位置将索引表从外存读入内存并查找索引表即可只i号逻辑块在外存中的存放位置。 可见索引分配方式可以支持随机访问。 文件拓展也很容易实现只需要给文件分配 一个空闲块并增加一个索引表项即可 但是索引表需要占用一定的存储空间
若每个磁盘块1KB一个索引表项4B则一个磁盘块只能存放1024/4256个索引项 如果一个文件的大小超过了256 块也就意味着这个文件对应的索引表超过了256个索引项那么一个磁盘块是装不下文件的整张索引表的如何解决这个问题 解决方案①链接方案 ②多层索引 ③混合索引 1.4.1 链接方案 链接方案如果索引表太大一个索引块装不下那么可以将多个索引块链接起来存放 假设磁盘块大小为1KB一个索引表项占4B则一个磁盘块只能存放1024/4256个索引项。 若一个文件大小为256X256KB 65,536KB64MB 该文件共有256X256个块也就对应 256X256个索引项也就需要256个索引块来存储这些索引块用链接方案连起来。 若想要访问文件的最后一个逻辑块 就必须找到最后一个索引块第256 个索引块而各个索引块之间是用指针链接起来的因此必须先顺序地读入前255个索引块。 这显然是很低效的。如何解决呢 1.4.2 多层索引 多层索引建立多层索引原理类似于多级页表。使第一层索引块指向第二层的索引块。还可根据 文件大小的要求再建立第三层、第四层索引块。 假设磁盘块大小为1KB一个索引表项占4B则一个磁盘块只能存放256个索引项。 若某文件采用两层索引则该文件的最大长度可以到256X256X1KB65,536KB64MB 最大长度第一级索引表最多有256个索引项也就是会指向256个第二季索引表而第二级索引表最多也是256个索引项每个索引项分别指向一个数据块数据块大小1KB则采用两层索引文件最大256X256X1KB65,536KB64MB 可根据逻辑块号算出应该查找索引表中的哪个表项。 如要访问1026号逻辑块则 1026/25641026%2562 1026/2564说明1026号逻辑块对应的索引项是4号二级索引表中存放的 1026%2562 则需要查询4号索引表中的2号表项 因此可以先将一级索引表调入内存查询4号表项 将其对应的二级索引表调入内存再查询二级索引表的2号表项即可知道1026号逻辑块存放的磁盘块号了。 访问目标数据块需要3次磁盘I/O。第一次读入一级索引表第二次读入二级索引表第三次读入最终要访问的数据块。 若采用三层索引则文件的最大长度为256X256X256X1KB16GB 类似的访问目标数据块需要4次磁盘I/O 重要结论若采用多层索引则各层索引表大小不能超过一个磁盘块
采用K层索引结构且顶级索引表未调入内存则访问一个数据块只需要K1次读磁盘操作
1.4.3 混合索引 混合索引多种索引分配方式的结合。例如一个文件的顶级索引表中既包含直接地址索引直接 指向数据块又包含一级间接索引指向单层索引表、还包含两级间接索引指向两层索引表 。 由上可见 若顶级索引表还没读入内存 访问0~7号逻辑块两次读磁盘 访问8~263三次读磁盘盘次数。 访问264~65799因次读磁盘 对于小文件只需较少的读磁盘次数就可以访问目标数据块一般计算机中小文件更多 这种结构索引支持的最大文件长度为82566553665800KB→常考混合索引的最大文件长度 1.4.4 索引分配总结 索引分配允许文件离散地分配在各个磁盘块中系统会为每个文件建立一张索引表索引表中记录了文件的各个逻辑块对应的物理块索引表的功能类似于内存管理中的页表——建立逻辑页面到物理页之间的映射关系 。 索引表存放的磁盘块称为索引块。文件数据存放的磁盘块称为数据块。 若文件太大索引表项太多可以采取以下三种方法解决 链接方案如果索引表太大一个索引块装不下那么可以将多个索引块链接起来存放。 缺点若文件很大索引表很长就需要将很多个索引块链接起来。想要找到i号索引块必须先依次读入0~i-1 号索引块这就导致磁盘I/O次数过多查找效率低下。多层索引建立多层索引原理类似于多级页表。使第一层索引块指向第二层的索引块。还可根据文件大小的要求再建立第三层、第四层索引块。采用K层索引结构且顶级索引表未调入内存则访问 一个数据块只需要K1次读磁盘操作。 缺点即使是小文件访问一个数据块依然需要K1次读磁盘。混合索引多种索引分配方式的结合。例如一个文件的顶级索引表中既包含直接地址索引直接指向数据块又包含一级间接索引指向单层索引表、还包含两级间接索引指向两层索引表 。 优点对于小文件来说访问一个数据块所需的读磁盘次数更少。 超级超级超级重要考点
要会根据多层索引、混合索引的结构计算出文件的最大长度Key各级索引表最大不能超过一个块要能自己分析访问某个数据块所需要的读磁盘次数KeyFCB中会存有指向顶级索引块的指针因此可以根据FCB读入顶级索引块。每次读入下一级的索引块都需要一次读磁 盘操作。另外要注意题目条件——顶级索引块是否已调入内存
1.5 文件分配总结 2 文件存储空间管理 2.1 存储空间的划分与初始化 安装Windows操作系统的时候一个必经步骤是为磁盘分区C盘、D盘、E盘等 存储空间的划分将物理磁盘划分为一个个文件卷逻辑卷、逻辑盘
2.2 存储空间管理——空闲表法
适用于“连续分配方式” 某时刻磁盘使用如下 对应的空闲表
第一个空闲盘块号空闲盘块数0251105183231
空闲分区表 如何分配磁盘块 与内存管理中的动态分区分配很类似为一个文件分配连续的存储空间。同样可采用首次适应、最佳适应、最坏适应等算法来决定要为文件分配哪个区间。 如何回收磁盘块 与内存管理中的动态分区分配很类似当回收某个存储区时需要有四种情况: 1回收区的前后都没有相邻空闲区 2回收区的前后都是空闲区 3回收区前面是空闲区 4回收区后面是空闲区。 总之回收时需要注意表项的合并问题。 2.3 存储空间管理——空闲链表法 空闲盘块链 操作系统保存着链头、链尾指针。 如何分配若某文件申请K个盘块则从链头开始依次摘下K个盘块分配并修改空闲链的链头指针。 如何回收回收的盘块依次挂到链尾并修改空闲链的链尾指针。 特点适用于离散分配的物理结构。为文件分配多个盘块时可能要重复多次操作 空闲盘区链 操作系统保存着链头、链尾指针。 如何分配若某文件申请K个盘块则可以采用首次适应、最佳适应等算法从链头开始检索按照算法规则找到一个大小符合要求的空闲盘区分配给文件。若没有合适的连续空闲块也可以将不同盘区的盘块同时分配给一个文件注意分配后可能要修改相应的链指针、盘区大小等数据。 如何回收若回收区和某个空闲盘区相邻则需要将回收区合并到空闲盘区中。若回收区没有和任何空闲区相邻将回收区作为单独的一个空闲盘区挂到链尾。 特点离散分配、连续分配都适用。为一个文件分配多个盘块时效率更高
2.4 存储空间管理一一位示图法
位示图每个二进制位对应一个盘块。 某时刻磁盘利用情况如下 对应的位示图 在本例中“0”代表盘块空闲“1”代表盘块已分配。位示图一般用连续的“字”来表示如本例中一个字的字长是16位字中的每一位对应一个盘块。因此可以用字号位号对应一个盘块号。当然有的题目中也描述为行号列号 重点重点要能自己推出盘块号与字号位号相互转换的公式。 注意题目条件盘块号、字号、位号到底是从0开始还是从1开始 如本例中盘块号、字号、位号从0开始若n表示字长则. 字号位号ij的二进制位对应的盘块号bnij 本例中 0,1→b16X01 1,10→b16X110 b号盘块对应的字号ib/n位号jb%n b13→i13/160,j13%1613 如何分配若文件需要K个块 ①顺序扫描位示图找到K个相邻或不相邻的“0” ②根据字号、位号算出对应的盘块号将相应盘块分配给文件 ③将相应位设置为“1”。 如何回收①根据回收的盘块号计算出对应的字号、位号②将相应二进制位设为“0” 特点连续分配、离散分配都适用
2.5 存储空间管理一—成组链接法 空闲表法、空闲链表法不适用于大型文件系统因为空闲表或空闲链表可能过大。UNIX系统中采用了成组链接法对磁盘空闲块进行管理。 文件卷的目录区中专门用一个磁盘块作为“超级块”当系统启动时需要将超级块读入内存。并且要保证内存与外存中的“超级块”数据一致。 2.6 文件存储空间管理小结
