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# 文件管理

# 文件系统的概念

# 定义

文件是计算机信息存储的重要组织形式，文件由若干信息项有序构成，信息项可以是字节，也可以是结构化数据。
用户通过读写指针来存取文件的信息项。
文件具有文件名，用户通过文件名存取文件。

# 文件系统

负责文件的创建、撤销、读写、存储控制等，并管理存放文件的存储设备。

# 文件物理结构

文件物理结构是指文件在存储设备（比如硬盘）上的存储方式。
强调合理利用存储空间，并缩短I/O存取时间。
类型有连续文件、索引结构、串联文件。

# 连续文件

文件按照逻辑块的顺序存放在硬盘连续的物理存储块中。
文件目录记录文件长度和第一存储块的块号。

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连续文件不易动态增长，进行预留会产生浪费，不足时需要重新分配和移动，不利于文件插入和删除。

# 索引文件

文件存放在不连续的存储块中。
建立索引表记录文件逻辑块和物理存储块对应关系。


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# 串联文件

文件存放在不连续的存储块中，每个存储块有一个指针（next），指向文件下一个存储块
文件目录：指明文件名和第一个存储块的块号


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# FAT文件系统（文件分配表）

# FAT介绍

串联文件的应用——FAT（File Allocation Table）文件系统
串联文件：存储块next域指向下一个存储块
FAT表：集中存有所有next指针


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缺点：读文件时，先读FAT表，影响使用效率。FAT要占用存储空间，存储块越多，FAT元素越多，且元素位宽越长，占用更多额外的存储空间。
若存储块有2N2^{N}块，FAT有2N2^{N}个元素，每项至少需要NN位宽度。

# 扇区和簇

扇区：磁盘上最小可寻址存储单元（512字节）

簇（cluster）：存储块，设备最小的存取单元，包含固定的扇区

在360KB的磁盘上：簇=2个扇区（1024字节）；
在10MB的磁盘上：簇=8个扇区（4096字节）

FAT元素数和簇的数目一样多，假如簇数=2N=2^{N}

  • FAT元素宽度至少为N位才能标识全部的簇
  • N=8位，能标识28=2562^{8}=256个簇
  • N=32位，能标识232=4G2^{32}=4G个簇

FAT16就是N=16N=16,簇扇区数=64=64，因此磁盘容量最大为

216×64×512=2GB2^{16} \times 64 \times 512 = 2GB

# FAT16文件系统

FAT表元素宽度2字节，即16bit，每簇最大64扇区：磁盘分区最大2G，FAT16格式化磁盘
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# 文件存储和目录

# 存储空间的管理

记录磁盘使用情况，管理、分配回收存储空间。
记录磁盘空闲块的方法

  • 空闲文件目录
  • 空闲块链
  • 位示图

# 空闲文件处理

  • 空闲文件：把连续空闲区看成一个特殊文件，由多个连续空闲块组成

# 空闲文件目录

  • 空闲文件目录：
    • 所有空闲文件代表存储设备全部空闲空间
    • 为空闲文件建立专门的目录：空闲文件目录
    • 每个表项对应一个空闲文件，包括第一个空闲块号，空闲块个数

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# 空闲块链

把所有空闲块连接在一起，当申请者需要空闲块时，链头开始搜索所需空闲块，当回收空闲块时，把释放的空闲块逐个加载链尾。

# 位示图

从内存中划分出若干个字节，每个bit表示1个存储块空闲或占用状态


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