文件物理结构和存储空间管理

磁盘结构:

磁盘也和内存一样分块，并且块大小和内存块大小相同，方便数据交换。

一、文件物理结构

1、连续分配

文件连续分配在磁盘的块上，查找效率最高，磁头移动最快，但是产生碎片最多，不容易扩展。

下面用Python实现以下连续分配的逻辑

class Category: #文件目录
    def __init__(self,size):
        self.table=[]
        self.disk = Disk(size) #模拟磁盘

    def append(self,file_name,length):
        t=[None]*2
        t[0] = file_name
        t[1] = self.disk.Distribution(length)
        self.table.append(t)


class Disk:
    def __init__(self,size):
        self.table=[None]*size
    def Distribution(self,length):
        for index,v in enumerate(self.table):
            if v==None and len(self.table)-length>0:
                for j in range(index,index+length):
                    self.table[j] = True
                return index

        print("磁盘已经满了")
        return -1
if __name__ == '__main__':
    category = Category(100)
    category.append("one",20)
    category.append("three",30)
    category.append("tow",15)

    print(category.table)
    print(category.disk.table)

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2、链接分配

(1) 显式链接（支持随机访问）

文件目录表FCB：

文件名	....	起始块号
a.txt		0

FAT文件分配表(长驻内存，方便查找):

一个磁盘一张FAT表

物理块号	下一个物理块号（-1表示没有）
0	3
1	2
2	-1
3	6
4	-1
6	-1

上面a.txt文件依次存放在0->3->6这三个块中

(2)隐式链接

只支持顺序访问、存在连续的块中,每个块同时也有指向下一个块的指针

FCB

文件名	....	起始块号	结束块号
a.txt		0	6

下面用Python模拟

class Category:
    def __init__(self,fat_size):
        self.table=[]
        self.fat = FAT(fat_size)

    def append(self,file_name,size):
        file =[None]*3
        file[0] = file_name
        file[1] = size
        file[2] = self.fat.FindEmpty()
        if file[2]==-1:
            print("没有空闲块")
            return
        self.fat.Distribution(file[2],file[1])
        self.table.append(file)






class FAT:
    def __init__(self,size):
        self.table=[]
        for i in range(size):
            t = list()
            t.append(i)
            t.append(None)
            self.table.append(t)





    def Distribution(self,cur,size):
        self.table[cur][1] = -1
        for c in range(size):
            self.table[cur][1] = self.FindEmpty()
            cur = self.table[cur][1]
        self.table[cur][1] = -1

    def FindEmpty(self):
        for i in self.table:
            if i[1]==None:
                return i[0]
        return -1


if __name__ == '__main__':
    fat_size = 100
    category = Category(fat_size)
    #
    category.append("one",4)
    category.append("tow",2)

    category.append("three",20)


    print(category.table)
    for w in category.fat.table:
        print(w[0],w[1])

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3、索引分配

支持随机访问

FCB

文件名	.....	索引块号
a.txt		13

索引表(每个文件都有一个索引表，FCB保存着索引表的物理块号)

逻辑块	物理块
0	6
1	98
2	5
3	12
4	4

上面文件存放的块号为6->98->5->12->4，一个索引表不够可以链接另外一个物理块再创建一个索引表

，这种链式效率慢，一般采用多级索引。

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二、文件存储空间管理

分区

一个磁盘分为好几个文件卷或区，A盘B盘D盘等，这些都是逻辑分区，

通常将一个磁盘分为好几个逻辑分区，也可以把好几个磁盘划为一个逻辑分区

分区结构

在一个分区内分为目录区和文件区，目录区存放目录基本信息和索引、文件区存放具体数据

文件空闲空间管理

1、空闲区链表法

将连续的空闲块链接成链表，使用时寻找最佳空闲区、如何删除空闲链表节点、回收时加入链接尾部

2、位示图法

0	1	2	3	4	5
1	1	1	0	1	1

位为1代表非空闲块，根据磁盘块号算出位的位置，然后管理