【操作系统】文件管理（六）—— 文件存储空间管理
前言一、文件存储空间管理二、存储空间的划分与初始化三、空闲磁盘块的空间管理方法（一）、空闲表法（二）、空闲链表法1. 空闲盘块链2. 空闲盘区链 （三）、位示图法（四）、成组链接法 总结前言
操作系统对文件管理中需要对磁盘块进行管理。这其中包含对空闲磁盘块和非空闲磁盘块的管理。
对非空闲磁盘块的管理涉及文件的物理结构/文件的分配方式。对空闲磁盘块的管理涉及文件存储空间的管理。
本章主要对文件存储空间进行总结说明，对文件的物理结构（文件的分配方式）的介绍，见下述链接文章：
文件的物理结构（文件的分配方式）
一、文件存储空间管理
用什么方式记录、组织空闲块？如何分配磁盘块如何回收磁盘块二、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）。
存储空间的初始化：将各个文件卷划分为目录区、文件区。
有的系统支持超大型文件，可支持由多个物理磁盘组成一个文件卷。
三、空闲磁盘块的空间管理方法
（一）、空闲表法
空闲表法适用于 “连续分配方式”
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。
（二）、空闲链表法
1. 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。
适用情况：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
2. 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。
适用情况：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。
（三）、位示图法
位示图：每个二进制位对应一个盘块。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）。
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”
适用情况：离散分配、连续分配都适用。
（四）、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。
如何分配？
Eg ：需要1个空闲块
①检查第一个分组的块数是否足够。1<100，因此是足够的。
②分配第一个分组中的1个空闲块，并修改相应数据。
Eg ：需要100个空闲块
①检查第一个分组的块数是否足够。100=100，是足够的。
②分配第一个分组中的100个空闲块。但是由于300号块内存放了再下一组的信息，因此300号块的数据需要复制到超级块中。
如何回收？
Eg ：假设每个分组最多为100 个空闲块，此时第一个分组已 有99个块，还要再回收一块。
Eg ：假设每个分组最多为100个空闲块，此时第一个分组已 有100个块，还要再回收一块。
需要将超级块中的数据复制到新回收的块中，并修改超级块的内容，让新回收的块成为第一个分组。
总结
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