《文件外存分配方式及内外存储区别全解析》
一、文件在外存上的分配方式
1、连续分配
- 原理
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- 连续分配是一种较为简单的文件外存分配方式，在这种方式下，文件被存储在磁盘上连续的物理块中，若一个文件需要占用n个磁盘块，系统会在磁盘上找到连续的n个空闲块来存储该文件，从文件系统的角度来看，文件的起始块号和文件长度就可以唯一确定这个文件在磁盘上的存储位置。
- 优点
- 顺序访问速度快，由于文件的物理块是连续的，当按照顺序读取文件内容时，磁头不需要频繁地寻道和切换磁道，能够快速地连续读取文件数据，对于视频播放这样需要顺序读取文件的应用场景，连续分配可以提供高效的数据传输，减少播放卡顿现象。
- 实现简单，文件系统管理连续分配的文件相对容易，只需要记录文件的起始块号和长度即可，在分配磁盘空间时，也不需要复杂的算法来寻找合适的空闲块。
- 缺点
- 磁盘空间利用率低，由于文件的增长需要连续的磁盘空间，可能会出现磁盘碎片，当删除一个较大的文件后，磁盘上会留下一块连续的空闲空间，如果后续创建的文件大小小于这个空闲空间，就无法完全利用这个空闲空间，造成空间浪费。
- 文件创建和扩展困难，如果磁盘上没有足够大的连续空闲空间，即使磁盘总的空闲空间足够，也无法创建或扩展一个较大的文件，一个磁盘有100个空闲块，但是分散在各处，当要创建一个需要50个连续块的文件时，就会失败。
2、链接分配
- 原理
- 链接分配又分为隐式链接和显式链接，隐式链接是指每个磁盘块中都有一个指向下一个磁盘块的指针，文件的最后一个磁盘块的指针为NULL，这样，文件就通过这些指针链接成一个链表的形式存储在磁盘上，显式链接则是将所有磁盘块的指针集中存放在一个单独的表中，例如文件分配表（FAT）。
- 优点
- 磁盘空间利用率高，因为不需要连续的磁盘空间，文件可以分散存储在磁盘的各个空闲块中，不会因为磁盘碎片而导致空间浪费，即使磁盘上的空闲空间是分散的，也可以有效地利用起来存储文件。
- 文件创建和扩展容易，只要有空闲的磁盘块，就可以随时为文件添加新的磁盘块，不需要寻找连续的大空间，一个文件在不断增长的过程中，可以逐步占用分散的空闲磁盘块。
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- 缺点
- 随机访问速度慢，由于要访问文件中的某个数据块，需要从文件的起始块开始，沿着指针依次查找，磁头需要频繁地移动和定位，这对于随机访问文件内容的操作效率非常低，在数据库中随机查询一条记录时，如果文件采用链接分配方式，会花费较长的时间。
- 可靠性问题，在隐式链接中，如果某个磁盘块中的指针因为磁盘故障等原因损坏，可能会导致文件的部分内容无法访问，在显式链接中，如果文件分配表损坏，也会影响整个文件系统的正常运行。
3、索引分配
- 原理
- 索引分配为每个文件建立一个索引表，索引表中的每个表项记录了文件数据块在磁盘上的地址，文件的索引表可以单独存储在磁盘上，也可以存储在文件的控制信息中，当访问文件时，首先查找索引表，然后根据索引表中的地址直接访问文件的数据块。
- 优点
- 随机访问速度快，通过索引表，可以直接定位到文件的任意数据块，不需要像链接分配那样顺序查找，大大提高了随机访问的效率，在操作系统中快速查找文件中的某个特定部分或者在数据库中快速定位到某条记录所在的数据块时，索引分配非常有效。
- 支持大文件，由于索引表可以扩展，对于大文件可以通过增加索引表项来管理更多的磁盘块，不会像连续分配那样受限于连续的磁盘空间大小。
- 缺点
- 索引表占用空间，对于小文件来说，索引表可能会占用相对较多的磁盘空间，一个只有几个字节的文件，可能需要一个较大的索引表来管理其磁盘块，这就造成了一定的空间浪费。
- 索引表管理复杂，当文件进行增删操作时，索引表需要相应地进行更新，例如增加或删除索引表项，这增加了文件系统管理的复杂性。
二、内部存储和外部存储的区别
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1、存储位置和介质
- 内部存储通常指计算机内部的存储设备，如计算机的内存（RAM），内存是一种半导体存储介质，它位于计算机的主板上，与CPU直接相连，而外部存储则包括硬盘、光盘、U盘等设备，硬盘是一种基于磁性存储原理的设备，它通过磁头在盘片上读写数据；光盘则是利用激光在盘片上的反射来存储和读取数据；U盘是一种基于闪存技术的便携式存储设备。
2、存储容量
- 内部存储的容量相对较小，普通计算机的内存容量从几GB到几十GB不等，常见的笔记本电脑内存可能为8GB或16GB，而外部存储的容量则可以非常大，硬盘的容量可以达到数TB，例如现在常见的台式机硬盘容量有1TB、2TB甚至更大，光盘的容量一般从几百MB到数GB不等，而U盘的容量也可以达到几十GB到数TB（随着技术发展）。
3、数据读写速度
- 内部存储的数据读写速度非常快，内存的读写速度可以达到纳秒级别，因为它直接与CPU交互，数据传输路径短，而外部存储的数据读写速度相对较慢，硬盘的读写速度通常在几十MB/s到几百MB/s之间，光盘的读写速度更慢，一般在几MB/s到几十MB/s之间，U盘的读写速度介于硬盘和光盘之间，通常在几十MB/s到几百MB/s之间，不过这也取决于USB接口的版本等因素。
4、数据持久性
- 内部存储的数据在断电后会丢失，内存是一种易失性存储设备，它需要持续的电力供应来维持存储的数据，而外部存储的数据具有较好的持久性，硬盘中的数据在正常关机后仍然存在，光盘中的数据可以长期保存，只要光盘本身没有损坏，U盘的数据在拔出后也能长期保存，除非出现物理损坏或数据被故意删除。
5、用途和成本
- 内部存储主要用于计算机运行时的数据临时存储和程序运行，当计算机运行多个程序时，程序和数据会被加载到内存中以便CPU快速访问，内存的成本相对较高，尤其是大容量、高频率的内存，外部存储则主要用于长期数据存储，如存储操作系统、用户文件、软件安装包等，硬盘的成本相对较低，尤其是大容量硬盘，光盘的成本也较低，U盘的成本则根据容量和性能有所不同，但总体上相对较为便宜。
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