《解析文件物理存储结构的三种方式》
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一、连续分配方式
（一）基本原理
连续分配方式是一种较为简单直观的文件物理存储方式，在这种方式下，文件中的各个数据块在磁盘上是连续存放的，一个文件需要占用n个磁盘块，那么这n个磁盘块在磁盘上是一个紧挨着一个的，这就好比在图书馆中，同一本书的所有书页按照顺序依次排列在书架的相邻位置。
（二）优点
1、顺序访问效率高
- 当对文件进行顺序访问时，由于数据块连续存放，磁头不需要频繁地进行寻道操作，对于一个视频文件，在连续分配方式下播放时，磁头可以沿着磁盘表面平滑地读取数据块，就像在磁带上读取数据一样，大大提高了读取速度。
2、管理简单
- 只需要记录文件的起始块号和文件长度就可以确定文件在磁盘上的位置，操作系统在进行文件分配和回收时，不需要复杂的算法来处理磁盘块的离散问题，当创建一个新文件时，系统只要找到足够连续的空闲磁盘块，然后记录下起始块号和文件大小即可。
（三）缺点
1、外部碎片问题
- 随着文件的不断创建和删除，磁盘上会产生很多不连续的空闲磁盘块，这些空闲块由于不连续而无法被一些较大的文件使用，造成了磁盘空间的浪费，假设有多个小文件被删除后，磁盘上留下了一些小的空闲块，当一个需要较大连续空间的文件到来时，即使磁盘上总的空闲空间足够，也可能无法分配给该文件。
2、文件动态增长困难
- 如果一个文件在创建后需要动态增长，在连续分配方式下可能会遇到困难，因为要保证文件数据块的连续，可能需要移动大量的数据来为文件增长腾出连续的空间，一个文件已经占用了磁盘上的一段连续空间，当它需要增加更多的数据块时，如果其相邻的磁盘块已经被其他文件占用，就很难直接扩展该文件的存储空间。
二、链接分配方式
（一）基本原理
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1、隐式链接分配
- 在隐式链接分配中，每个磁盘块都有一个指向下一个磁盘块的指针，文件的第一个磁盘块记录在文件的目录项中，然后通过每个磁盘块中的指针依次找到文件的后续磁盘块，这就像是一条链子，将文件的各个数据块串联起来。
2、显式链接分配
- 显式链接分配则是将所有磁盘块的指针集中存放在一张表中，这个表称为文件分配表（FAT），文件的起始块号记录在文件目录项中，通过查询FAT表就可以找到文件的其他磁盘块。
（二）优点
1、解决了外部碎片问题
- 由于文件的磁盘块不需要连续存放，磁盘上的空闲空间可以被充分利用，即使磁盘上的空闲空间是零散分布的，也可以分配给文件，当有多个小的空闲磁盘块时，可以分别分配给不同的文件，而不会像连续分配那样因为不连续而无法使用。
2、便于文件动态增长
- 文件在需要增长时，只需要找到空闲的磁盘块并将其链接到文件的末尾即可，不需要移动已有的文件数据块，一个文本文件在不断编辑增加内容时，可以很方便地在磁盘上找到空闲块并添加到文件链中。
（三）缺点
1、随机访问效率低
- 对于隐式链接分配，要访问文件中的某个数据块，需要从文件的起始块开始，顺着指针依次查找，这会导致大量的磁盘I/O操作，对于显式链接分配，虽然有FAT表可以查询，但查询FAT表也需要一定的时间，尤其是对于大型文件，要访问一个位于文件中间位置的数据块，在连续分配方式下可能只需要一次寻道操作，而在链接分配方式下可能需要多次寻道和读取指针的操作。
2、指针占用空间
- 在隐式链接分配中，每个磁盘块都要留出一部分空间来存放指针，这会造成一定的磁盘空间浪费，在显式链接分配中，FAT表本身也需要占用一定的磁盘空间，尤其是对于大容量磁盘，FAT表可能会变得非常大。
三、索引分配方式
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（一）基本原理
在索引分配方式下，系统为每个文件建立一个索引表，索引表中记录了文件的各个数据块在磁盘上的地址，文件的目录项中存放的是索引表的地址，就像一本书有一个目录，通过目录可以快速找到书中各个章节的页码一样，通过索引表可以快速定位文件的数据块。
（二）优点
1、支持随机访问
- 由于索引表中直接记录了文件各个数据块的地址，所以可以直接访问文件中的任意数据块，对于一个数据库文件，在进行数据查询时，可以根据索引表迅速定位到需要的数据块，而不需要像链接分配那样依次查找。
2、便于文件动态增长
- 当文件需要增长时，只需要在磁盘上找到空闲的磁盘块，然后在索引表中添加该磁盘块的地址即可，不需要像连续分配那样移动大量的数据块。
（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，索引表所占的空间比例可能相对较大，一个只有几个数据块的小文件，可能其索引表占用的空间和数据块本身占用的空间差不多大小。
2、索引表管理复杂
- 在文件进行创建、删除和修改操作时，需要对索引表进行相应的维护操作，当删除一个文件的数据块时，不仅要释放磁盘块，还要在索引表中删除对应的索引项；当文件增长时，要合理地扩展索引表的大小并更新索引项。
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