【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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