《文件在外存上的存放形式全解析》
在计算机系统中，外存是用于长期存储数据的设备，常见的外存包括硬盘、固态硬盘、磁带等，文件在外存上的存放形式有多种，以下是详细的介绍：
一、连续分配
1、基本原理
- 连续分配是一种较为简单的文件存放形式，在这种方式下，文件在磁盘上占用连续的物理块，一个文件需要占用n个物理块，那么系统会在磁盘上找到连续的n个空闲物理块来存储这个文件。
- 对于顺序访问的文件，这种分配方式非常高效，因为磁头可以顺序地读取文件内容，不需要频繁地寻道，比如一个大型的视频文件，采用连续分配时，播放软件可以快速地从磁盘上按顺序读取视频数据，减少了数据读取的延迟。
2、优缺点
优点：
- 顺序访问速度快，由于文件的物理块是连续的，磁头移动距离短，所以对于顺序处理文件的应用程序来说，能够快速地读取文件内容。
- 实现简单，操作系统在管理连续分配的文件时，只需要记录文件的起始物理块地址和文件的长度，不需要复杂的索引结构。
缺点：
- 容易产生磁盘碎片，随着文件的创建、删除和修改，磁盘上会逐渐出现一些小的空闲物理块，这些空闲块由于不连续，难以被新的大文件使用，当删除一个较大的连续分配文件后，磁盘上会留下一块较大的连续空闲空间，如果后续创建的文件大小小于这个空闲空间，就会导致这个空闲空间被分割，久而久之，磁盘碎片增多，降低了磁盘空间的利用率。
- 不利于文件的动态增长，如果一个连续分配的文件需要扩展，而磁盘上没有足够的连续空闲物理块，就需要对文件进行移动或者重新分配，这是一个比较复杂且耗时的操作。
二、链接分配
1、基本原理
- 链接分配又分为隐式链接和显式链接两种形式。
- 在隐式链接中，每个文件占用的物理块通过指针链接起来，文件的第一个物理块包含一个指针，指向第二个物理块，第二个物理块又包含一个指针指向第三个物理块，以此类推，在磁盘上存储一个文本文件，这个文件被分散存储在多个物理块中，每个物理块的最后一部分存储了下一个物理块的地址。
- 显式链接则是把所有物理块的指针集中存放在一个单独的表中，称为文件分配表（FAT），操作系统通过查询FAT表来获取文件各个物理块的连接关系。
2、优缺点
优点：
- 解决了连续分配中的磁盘碎片问题，因为文件不需要连续的物理块，只要有空闲的物理块就可以分配给文件，所以磁盘空间的利用率较高。
- 有利于文件的动态增长，当文件需要扩展时，只需要找到空闲的物理块，然后修改指针即可，不需要移动文件已有的数据。
缺点：
- 随机访问效率低，如果要访问文件中间的某个部分，需要从文件的起始物理块开始，沿着指针依次查找，磁头需要频繁地移动，导致访问速度慢。
- 可靠性较差，在隐式链接中，如果某个物理块中的指针损坏，可能会导致文件的后续部分无法访问，在显式链接中，如果FAT表损坏，可能会导致整个文件系统的混乱。
三、索引分配
1、基本原理
- 索引分配为每个文件建立一个索引表，索引表中记录了文件所占用的物理块的地址，一个文件占用了n个物理块，索引表中就有n个条目，每个条目对应一个物理块的地址，当需要访问文件时，操作系统首先查找文件的索引表，然后根据索引表中的地址去访问相应的物理块。
- 索引表可以有不同的组织形式，如单级索引、多级索引和混合索引等，单级索引适用于较小的文件，多级索引和混合索引则用于处理大型文件。
2、优缺点
优点：
- 支持直接访问，通过索引表可以直接定位到文件中的任何一个物理块，提高了随机访问的速度，对于数据库文件，经常需要随机访问其中的数据记录，索引分配能够很好地满足这种需求。
- 便于文件的动态增长，当文件需要扩展时，只需要在索引表中增加新的物理块地址条目即可，不需要对文件的其他部分进行大规模的调整。
缺点：
- 索引表本身需要占用一定的磁盘空间，对于小文件来说，索引表的空间开销可能相对较大，降低了磁盘空间的有效利用率。
- 索引表的管理较为复杂，当文件进行删除、修改等操作时，需要对索引表进行相应的维护操作，增加了操作系统的管理负担。
不同的文件在外存上的存放形式各有优缺点，操作系统需要根据实际应用场景和文件的特性来选择合适的存放形式，以提高文件存储和访问的效率。
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