《操作系统中文件储存结构的多种形式》
在操作系统中，文件储存结构有着多种不同的形式，每种形式都有其独特的特点和用途，它们共同构成了操作系统管理文件的基础。
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储结构，在这种结构下，文件被存储在磁盘的连续扇区中，当创建一个文件时，系统会在磁盘上找到一块连续的空闲空间，其大小足以容纳该文件，如果文件大小为10KB，系统就会寻找一块连续的10KB空闲空间来存储这个文件。
- 对于顺序访问的文件，这种结构具有很高的效率，因为文件的各个部分在磁盘上是连续存放的，磁头在读取文件时不需要频繁地移动，比如一个顺序存储的视频文件，按照连续分配的方式存储，播放时磁头可以平滑地读取数据，减少了寻道时间。
2、优缺点
优点
- 顺序访问速度快，由于文件在磁盘上是连续存储的，所以在顺序读取或写入文件时，磁盘的I/O操作效率很高，对于一个大型的日志文件，按顺序写入新的日志记录时，连续分配方式能够保证数据快速地写入到磁盘上相邻的扇区中。
- 实现简单，操作系统不需要复杂的算法来管理文件的存储位置，只需要记录文件的起始扇区和文件大小即可，这使得文件系统的管理相对容易，对于一些简单的嵌入式系统或者对文件管理要求不高的小型系统来说，是一种比较合适的选择。
缺点
- 磁盘空间利用率低，由于文件需要连续的存储空间，随着文件的不断创建、删除和修改，磁盘上会产生很多外部碎片，假设磁盘上有10个1KB的空闲块分散在不同的位置，而此时有一个2KB的文件需要存储，虽然磁盘上总的空闲空间足够，但由于这些空闲块不连续，就无法满足这个文件的存储需求。
- 文件扩展困难，如果一个文件需要扩展，而其相邻的磁盘空间已经被其他文件占用，就需要将整个文件移动到其他足够大的连续空闲空间中，这是一个非常耗时的操作。
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方式。
- 隐式链接是指每个文件的磁盘块通过指针链接起来，文件的第一个磁盘块包含文件的起始信息，并且有一个指针指向下一个磁盘块，一个文件占用了三个磁盘块，第一个磁盘块的指针指向第二个磁盘块，第二个磁盘块的指针指向第三个磁盘块，依此类推。
- 显式链接则是使用文件分配表（FAT）来管理文件的磁盘块链接，FAT是一个磁盘上专门的数据结构，表中的每个表项对应一个磁盘块，表项中记录了下一个磁盘块的地址，对于一个文件，通过查找FAT表，可以找到该文件的各个磁盘块的链接关系。
2、优缺点
优点
- 磁盘空间利用率高，由于文件不需要连续的磁盘空间，所以可以充分利用磁盘上分散的空闲块，即使磁盘上的空闲空间是碎片化的，也可以用来存储文件，在一个磁盘上有很多小块的空闲空间，链接分配方式可以将文件分散存储在这些空闲块中。
- 文件扩展方便，当一个文件需要扩展时，只需要找到新的空闲磁盘块，并将其链接到文件的末尾即可，不需要像连续分配那样移动整个文件。
缺点
- 随机访问速度慢，如果要访问文件的某个中间部分，需要从文件的起始块开始，沿着指针逐个磁盘块地查找，这会导致大量的磁盘I/O操作，要读取一个链接分配存储的大型文档中间的某一页内容，可能需要读取多个磁盘块才能定位到目标数据。
- 可靠性较差，由于文件的磁盘块是通过指针链接的，如果某个指针因为磁盘故障等原因损坏，就可能导致文件的部分甚至全部数据丢失。
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磁盘块的地址，一个文件占用了5个磁盘块，索引表中就会有5个表项，分别指向这5个磁盘块的地址，当访问文件时，首先查找索引表，然后根据索引表中的地址去读取相应的磁盘块。
- 索引表可以单独存储在磁盘上，也可以存储在文件的起始磁盘块中，一些操作系统会对索引表进行多级索引，以适应大型文件的存储需求，对于一个非常大的数据库文件，可能会采用二级索引，第一级索引指向第二级索引表，第二级索引表再指向文件的磁盘块。
2、优缺点
优点
- 既支持随机访问又支持顺序访问，通过索引表，可以直接定位到文件的任意磁盘块，实现快速的随机访问，按照索引表中的顺序依次读取磁盘块，也可以实现顺序访问，对于一个索引分配存储的数据库文件，既可以快速查询特定记录（随机访问），也可以顺序扫描整个文件（顺序访问）。
- 没有外部碎片问题，因为文件的磁盘块分配是通过索引表进行管理的，磁盘上的空闲块可以分散存在，不会像连续分配那样产生外部碎片。
缺点
- 索引表会占用一定的磁盘空间，尤其是对于小文件来说，索引表所占的磁盘空间比例可能相对较大，一个1KB的小文件，如果采用索引分配，索引表可能会占用几百字节的空间，这在一定程度上浪费了磁盘空间。
- 索引表的管理增加了系统的复杂性，操作系统需要维护索引表的正确性，包括在文件创建、删除、扩展等操作时对索引表进行相应的更新，如果索引表出现错误，可能会导致文件无法正常访问。
操作系统中的文件储存结构的不同形式在磁盘空间利用率、访问速度、文件扩展能力和可靠性等方面各有优劣，在实际的操作系统设计和应用中，需要根据具体的需求和应用场景来选择合适的文件储存结构。
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