文件系统——文件在磁盘中的分配方法
今天我来和大家一起讨论下文件系统的实现，主要讨论文件在磁盘中的分配方法。
在讨论如何实现文件系统之前，我们先来了解下文件系统的结构。
文件系统的结构可分为六层（从下到上）
- 1）设备层：寻找特定磁道，读写扇区
- 2）I/O控制层：在主内存和磁盘系统之间进行信息交流；告诉设备要寻找哪个磁道、哪个扇区，要执行什么操作
- 3）基本文件系统：向I/O控制层发送通用命令；管理内存缓冲区和保存各种文件系统、目录和数据块的缓存
- 4）文件组织模块：知道文件及其逻辑块和物理块；将逻辑地址转成物理地址
- 5）逻辑文件系统（用户可见）：管理目录结构；根据给定文件名为文件组织模块提供所需信息
- 6）应用程序
文件系统的实现可分为三个主要层
- 1）文件系统接口
- 2）虚拟文件系统（VFS）：定义了一个清晰的VFS接口，将文件系统的通用操作和实现分开
- 3）实现具体的文件系统类型或远程文件系统协议
我们都知道，磁盘中的空间是按一个又一个块来进行划分的。如何设计文件的分配算法是影响计算机性能、资源利用率的一个重要因素。下面我来谈谈三种常用的文件分配方法。
文件的分配方法
1. 连续分配
每个文件在磁盘上占有一组连续的块（类似于内存分配的动态内存分配方法）。
- 在连续分配的方法下，目录的每一个项记录的是该文件首块的磁盘地址和连续的块数（即长度）。
优点
支持顺序访问和随机访问。
缺点
1）存在外部碎片，浪费空间（出现的孔洞较多）。
2）文件无法增长。
解决的方法：当连续的空间不足以分配时，或者文件需要增长时，添加另一块连续空间（扩展），用指针链表将各个部分的连续空间链接起来。
2.链接分配
每个块用链表链接起来（每个块都有下一个块的指针），磁盘块可能会散布在磁盘的任何地方。
- 在链接分配的方法下，目录的每一个项记录的是该文件的第一个块和最后一个块的指针；
- 当读取文件时，只需要从第一个块开始，根据链表的顺序读，直到读到最后一个块。
优点
1）提高了空间利用率，不存在外部碎片。2）文件可增长（只要磁盘中还有空闲块）。
缺点
1）只支持顺序访问，不支持随机（直接）访问。
2）结构比较脆弱；当链表中的一个块丢失或损坏时，其后面的块也无法读取。
3）链表指针占用一定的空间。
文件分配表（FAT）：链接分配的一个变种；在该表中存储了每一个磁盘块的条目，即每一个磁盘块的下一个块的块号（通过查看FAT的方法连续读取块，从而读取文件；而非采用链表指针的方式链接读取）。
3.索引分配
给每个文件在磁盘中分配一个索引块（索引块的大小一般为一个磁盘块），存储该文件的所有块的指针（在索引块中，文件的块的指针是按照顺序来存放的）。
优点
1）支持直接（随机）访问。
2）不存在外部碎片的问题。
3）满足了文件的动态增长和删除的需求。
4）充分利用了外存空间。
缺点
1）每次读取需要访问两次磁盘块（一次访问索引块，一次访问具体物理块）。
2）索引块带来了系统的开销（索引块是固定大小的，初始化时其内存放的所有指针都是空指针。一个索引块中可能只有一两个指针非空，其他存放的指针都是空的（即该文件只分配到了一个或两个磁盘块））。
大多数计算机所使用的文件分配方法都是多级索引分配法。
多级索引分配：更高级的索引块存储低一级的所有索引块的指针，类似于二级页表对应一级页表。
以上便是本文的所有内容，希望对大家有所帮助
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