《深入探究文件外存实现的三种机制》
一、连续分配机制
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（一）基本原理
连续分配是一种较为直观的文件外存分配方式，在这种机制下，文件被存储在磁盘上连续的物理块中，当创建一个文件时，系统会在磁盘上找到一块足够大的连续空间来存储该文件的全部内容，如果一个文件大小为10个磁盘块，系统会寻找10个连续的空闲磁盘块，然后将文件数据依次存储在这些块中。
（二）优点
1、顺序访问效率高
- 对于顺序访问文件内容的应用场景，连续分配表现出色，因为文件的数据块是连续存储的，磁头在读取文件时不需要频繁地移动到不同的磁道和扇区，在读取一个大型的视频文件时，如果采用连续分配，磁头可以沿着磁盘表面连续地读取数据，大大提高了读取速度。
2、实现简单
- 从操作系统的角度来看，连续分配的管理相对简单，文件系统只需要记录文件的起始块地址和文件的长度（包含的块数）就可以方便地对文件进行访问和管理，这种简单性在早期的文件系统中具有很大的优势，因为当时的计算机系统资源有限，简单的管理方式能够降低系统开销。
（三）缺点
1、外部碎片问题严重
- 随着文件的创建、删除操作不断进行，磁盘上会逐渐产生外部碎片，当删除一些文件后，磁盘上会留下一些不连续的空闲块，如果新创建的文件大小较大，可能很难找到足够大的连续空闲块来存储它，这就导致了磁盘空间利用率的降低，尽管磁盘上总的空闲空间可能足够，但由于碎片的存在而无法满足文件存储需求。
2、文件扩展不便
- 如果一个已经存在的文件需要扩展，在连续分配机制下可能会面临困难，因为它需要在磁盘上找到一块连续的空闲空间来容纳新增的数据，如果附近没有足够的连续空闲空间，可能需要将整个文件移动到其他位置，这是一个非常耗时的操作，尤其是对于大型文件。
二、链接分配机制
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（一）基本原理
链接分配机制可分为隐式链接和显式链接两种，隐式链接是将每个磁盘块的末尾包含指向下一个磁盘块的指针，文件的第一个块通过文件目录项指向，然后通过块中的指针依次找到后续的块，显式链接则是使用一个单独的链接表，表中的每个条目对应一个磁盘块，其中记录了该磁盘块的下一个磁盘块的指针。
（二）优点
1、解决了外部碎片问题
- 由于文件的各个块不需要连续存储，只要有空闲的磁盘块就可以用来存储文件的部分内容，所以不会像连续分配那样产生大量的外部碎片，提高了磁盘空间的利用率，在磁盘上有许多零散的小空闲块时，链接分配可以充分利用这些小块来存储文件。
2、便于文件扩展
- 文件扩展相对容易，当文件需要增加数据时，只要找到空闲的磁盘块，将其链接到文件的末尾即可，不需要像连续分配那样考虑连续空间的问题。
（三）缺点
1、随机访问效率低
- 对于随机访问文件中的某个数据块，链接分配的效率很低，因为要访问文件中的第n个块，需要从文件的起始块开始，沿着指针依次查找n - 1次才能到达目标块，这与连续分配相比，磁头的寻道时间和数据读取时间都会大大增加。
2、可靠性问题
- 在隐式链接中，如果某个磁盘块中的指针由于磁盘故障等原因损坏，那么将无法访问该块之后的所有文件内容，而显式链接虽然可以通过对链接表的备份等方式提高可靠性，但也增加了管理的复杂性。
三、索引分配机制
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（一）基本原理
索引分配机制为每个文件创建一个索引表，索引表中包含了文件所占用的磁盘块的地址，文件的目录项指向这个索引表，通过索引表就可以快速地找到文件的各个数据块，根据索引表的大小，索引分配又可以分为单级索引、多级索引和混合索引等多种形式。
（二）优点
1、支持直接访问
- 索引分配可以直接根据索引表中的地址访问文件中的任意数据块，无需像链接分配那样依次查找，这对于随机访问文件内容非常有利，在数据库系统中，经常需要随机访问数据记录，索引分配能够满足这种需求，提高了数据访问效率。
2、没有外部碎片问题
- 与连续分配不同，文件的各个块不需要连续存储，磁盘上的空闲块可以被任意文件使用，不存在外部碎片问题，而且文件的扩展也比较方便，只要有空闲的磁盘块，就可以将其地址添加到索引表中。
（三）缺点
1、索引表占用空间
- 索引表本身需要占用一定的磁盘空间，对于小文件来说，索引表可能会占据相对较大的比例，从而浪费磁盘空间，一个只有几个字节的小文件，其索引表可能需要占用一个磁盘块，这显然是不经济的。
2、索引表管理复杂
- 操作系统需要对索引表进行有效的管理，包括索引表的创建、更新和删除等操作，当文件的大小发生变化时，可能需要对索引表进行调整，这增加了文件系统的管理复杂度。
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