第六章第六章 文件管理 文件管理

文件管理

6.16.1 文件和文件系统文件和文件系统

6.1.1 6.1.1 文件、记录、数据项文件、记录、数据项 (( 说明包含关系说明包含关系 )) ٭ 数据项▪ 基本数据项：可命名的最小逻辑单位 /字段▪ 组合数据项：由若干基本数据项组成▪ 基本数据项的类型和数据

٭ 记录▪ 一组相关数据项的集合▪ 关键字：能唯一地标识出记录的基本 /组合数据项

٭ 文件▪ 具有文件名的一组相关信息的集合。

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文件属性文件属性

文件类型文件长度文件物理位置文件建立时间 ……

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6.1.2 6.1.2 文件类型和文件系统模型 文件类型和文件系统模型

类型类型٭ 一、按用途分类：一、按用途分类：▪ 系统文件，用户文件，库文件。系统文件，用户文件，库文件。▪ （用户对以上三者的访问权限不同）（用户对以上三者的访问权限不同）

٭ 二、按文件中的数据形式分类二、按文件中的数据形式分类▪ 源，目标，可执行。源，目标，可执行。

٭ 三、存取控制三、存取控制▪ EE ，， RR ，， R/WR/W

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6.1.2 6.1.2 文件类型和文件系统模型 文件类型和文件系统模型

类型类型٭ 四、逻辑结构四、逻辑结构▪ （（ 11 ）有结构（记录式））有结构（记录式）▪ （（ 22 ）无结构（流式））无结构（流式）

٭ 五、物理安排五、物理安排▪ （（ 11 ）顺序文件；数据（连续放））顺序文件；数据（连续放）▪ （（ 22 ）链接文件；）链接文件；▪ （（ 33 ）索引文件；）索引文件；

٭ 六、文件与目录文件六、文件与目录文件

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文件系统模型 文件系统模型

概念：文件和对文件进行操纵和管理的软件集合。概念：文件和对文件进行操纵和管理的软件集合。٭ 三个层：文件三个层：文件 (( 对象及属性对象及属性 )) 文件操作文件操作文件文件访问接口访问接口

一、管理的对象及属性٭ （ 1）文件٭ （ 2）目录：例：目录项▪ 用于方便用户（提供文件逻辑名来访问文件）和提高文件存取速度。

٭ （ 3）物理存贮空间的管理，好坏将影响访问速度。

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文件系统模型 文件系统模型

二、对对象操纵和管理的软件集合：二、对对象操纵和管理的软件集合：٭ （（ 11 ）逻辑文件系统：受命）逻辑文件系统：受命 write(record of write(record of 文件，文件， bbuf) uf) －－ >write(>write( 逻辑号，逻辑号， buf)buf)

٭ （（ 22 ）基本）基本 I/OI/O 管理：管理： write(write( 逻辑号， 逻辑号， buf)buf)٭ （（ 33 ）基本文件系统：向）基本文件系统：向 driverdriver 发令，发令， (buf(buf 具体物具体物理盘块号理盘块号 ))

٭ （（ 44 ）） I/OI/O 控制层：控制层： driverdriver 三、文件系统接口三、文件系统接口

٭ 命令接口：命令接口：٭ 程序接口：程序接口：

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6.1.3 6.1.3 文件操作文件操作

一、对记录操作——类似数据库一、对记录操作——类似数据库 二、对文件操作：二、对文件操作：

٭ 创创 // 删删 // 读读 // 写写 // 截断（清空）截断（清空） // 拔指针拔指针 三、打开关闭操作三、打开关闭操作

٭ 打开：将文件的属性从外存拷贝到内存打开：将文件的属性从外存拷贝到内存打开文件打开文件表表的一个表目中，并将该表目的编号（索引的一个表目中，并将该表目的编号（索引 )) 返返回给用户回给用户

四、其它四、其它٭ 更名、更改属性…更名、更改属性…

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6.2 6.2 文件逻辑结构 文件逻辑结构

概念：用户所能观察和访问到的文件的数据结构概念：用户所能观察和访问到的文件的数据结构组织，独立于物理特性，容易检索和修改。组织，独立于物理特性，容易检索和修改。

无论是逻辑还是物理结构，都会影响到文件的检无论是逻辑还是物理结构，都会影响到文件的检索速度索速度

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6.2.1 6.2.1 逻辑结构类型逻辑结构类型

一、有结构文件：记录式文件一、有结构文件：记录式文件٭ aa 类：类：▪ （（ 11 ）定长记录）定长记录▪ （（ 22 ）变长记录）变长记录

٭ bb 类：类：▪ （（ 11 ）顺序文件：通常是定长记录，（为何，因变）顺序文件：通常是定长记录，（为何，因变长采用此方式查询速度慢）长采用此方式查询速度慢）

▪ （（ 22 ）索引文件：）索引文件：▪ （（ 33 ）索引顺序文件：顺序组织多个组，每组记录）索引顺序文件：顺序组织多个组，每组记录中的第一个记录设置一索引项。中的第一个记录设置一索引项。

二、无结构文件：流式文件二、无结构文件：流式文件٭ 以字节为单位，利用读以字节为单位，利用读 // 写指针进行访问。写指针进行访问。

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6.2.2 6.2.2 顺序文件顺序文件

一、逻辑记录的排序一、逻辑记录的排序٭ （（ 11 ）按记录录入的时间排）按记录录入的时间排 ::串结构串结构。。٭ （（ 22 ）按关键字排序：）按关键字排序：顺序结构顺序结构。。٭ 后一种情况更有利于提高查询速度。如可用折半查找法后一种情况更有利于提高查询速度。如可用折半查找法等。等。

二、对顺序文件的读二、对顺序文件的读 // 写操作（图写操作（图 6.3)6.3)٭ 定长记录顺序文件：例：顺序读定长记录顺序文件：例：顺序读▪ 易于定位，甚至可随机读取。易于定位，甚至可随机读取。

٭ 变长记录：不易定位，只能顺序读取。变长记录：不易定位，只能顺序读取。

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6.2.2 6.2.2 顺序文件顺序文件

三、优三、优 //劣：劣：٭ 批处理时效率是所有逻辑文件中最高的。批处理时效率是所有逻辑文件中最高的。٭ 可存在于磁带上。可存在于磁带上。٭ 交互应用时“效率低”（如要查找单个记录），尤其交互应用时“效率低”（如要查找单个记录），尤其是对变长记录的顺序文件。是对变长记录的顺序文件。

٭ 增加、删除记录涉及到排序问题，开销大。增加、删除记录涉及到排序问题，开销大。▪ 事务文件事务文件 (log(log），用于存放将更新到主文件的记），用于存放将更新到主文件的记录。录。

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6.2.3 6.2.3 索引文件索引文件

由变长记录组成的顺序文件不容易直接存取，由变长记录组成的顺序文件不容易直接存取，因此，为其建立一因此，为其建立一有序有序的索引表，对索引采的索引表，对索引采用折半查找，速度更快。用折半查找，速度更快。

特点：提高了速度，增加了存储开销——放特点：提高了速度，增加了存储开销——放索引文件。索引文件。

增、删记录时，对索引表作相应的修改。增、删记录时，对索引表作相应的修改。

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6.2.4 6.2.4 索引顺序文件索引顺序文件

将顺序文件中若干记录分为一组，每组的第一项在索将顺序文件中若干记录分为一组，每组的第一项在索引表中占一项。 引表中占一项。

速度：速度： 例例 11 ：： 1000010000个记录，顺序文件：个记录，顺序文件： 50005000 次查找找查到。次查找找查到。

٭ 索引顺序文件，设索引顺序文件，设 100100个记录一组，索引表的找法个记录一组，索引表的找法设为顺序法的情况下，则查找次数为设为顺序法的情况下，则查找次数为 50+50=10050+50=100。。

例例 22 ：： 10000001000000个纪录： 低级索引：（个纪录： 低级索引：（ 100100个纪录个纪录一组）：一组）： 1000010000。。 高级索引：高级索引： 100100٭ 速度：速度： 50+50+50=15050+50+50=150

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6.2.5 6.2.5 直接文件和哈希文件直接文件和哈希文件

直接文件直接文件٭ 键值转换：由记录键值到记录物理地址的转换键值转换：由记录键值到记录物理地址的转换

哈希文件哈希文件٭ A=H(kA=H(k ））

是一种索引链接文件是一种索引链接文件

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6.36.3 外存分配方法（文件物理组织） 外存分配方法（文件物理组织）

6.3.1 6.3.1 连续分配（磁带，磁盘都可采用）（连续分配（磁带，磁盘都可采用）（顺序文件顺序文件））٭ 每个文件分配一组相邻盘块。每个文件分配一组相邻盘块。٭ 特点：简单特点：简单▪ （（ 11 ）顺序访问容易且速度快，因磁头移动距离小，）顺序访问容易且速度快，因磁头移动距离小，▪ （（ 22 ）要求连续空间，一段时间后需整理磁盘以消除）要求连续空间，一段时间后需整理磁盘以消除外部碎片。外部碎片。

▪ （（ 33 ）必须事先知道长度，文件不易动态增长和删除。）必须事先知道长度，文件不易动态增长和删除。٭ 文件对应文件对应目录项（属性）目录项（属性）中包含：中包含：▪ 始址、总块数、最后一块字节数。始址、总块数、最后一块字节数。

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6.3.2 6.3.2 链接分配（串连文件链接分配（串连文件 // 链接文件）链接文件）

文件离散地分配于各盘块中，以提高外存利用率，文文件离散地分配于各盘块中，以提高外存利用率，文件长度可变，易于增删，件长度可变，易于增删，只能顺序存取只能顺序存取。。

对应目录项：链表的首指针对应目录项：链表的首指针 一、隐式链接一、隐式链接

٭ 文件目录表中有文件目录表中有 startstart 块号，每块中有下一块号。块号，每块中有下一块号。٭ 特点：只适合于顺序访问，对随机访问效率低，可特点：只适合于顺序访问，对随机访问效率低，可靠性差。靠性差。

٭ 簇簇：包含多个块的单位，当以它为单位分配并链接，：包含多个块的单位，当以它为单位分配并链接，可减少访问时间，但增大了内部碎片 可减少访问时间，但增大了内部碎片

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6.3.2 6.3.2 链接分配（串连文件链接分配（串连文件 // 链接文件）链接文件）

二、显式链接：把用于链接的指针显式存放在内存二、显式链接：把用于链接的指针显式存放在内存的一张表中，的一张表中，查找在内存中进行查找在内存中进行。。٭ FDT/FCB―――>FAT----->FDT/FCB―――>FAT-----> 块链块链

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链式分配链式分配

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DOSDOS磁盘盘区划分表磁盘盘区划分表

区名 内容 软盘 占扇区数 扇区号

保留区 引导记录与磁盘参数表

1 0

控制区 FAT1 文件分配表

2 1 － 2

FAT2 2 3 － 4

FDT 文件目录表

7 5 － 11

文件区 文件内容 余下部分 ≥ 12

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DOSDOS 磁盘访问操作流程磁盘访问操作流程

文件名文件名 磁盘目录表磁盘目录表FDTFDT

磁盘参数表磁盘参数表

文件位置分配文件位置分配表表 FATFAT

磁盘扇区磁盘扇区定位定位

扇区物理扇区物理操作操作

磁盘基数表磁盘基数表

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DOSDOS٭ 对于对于 1.2MB1.2MB软盘，盘块大小为软盘，盘块大小为 1KB1KB，每个，每个 FATFAT表项占表项占 1212位，在每个位，在每个 FATFAT中共中共 1.2k1.2k个表项，故共个表项，故共 1.8k.1.8k.

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6.3.3 6.3.3 索引分配（索引文件）索引分配（索引文件）

一、单级索引一、单级索引٭ 链接分配问题：链接分配问题：▪ 不能高效直接存取；不能高效直接存取；▪ FATFAT 需占较大的内存。需占较大的内存。

٭ 概念：为每个文件分配一个索引块概念：为每个文件分配一个索引块٭ 特点：特点：▪ （（ 11 ）文件较大时有利。文件较小时浪费外存）文件较大时有利。文件较小时浪费外存空间（还需为小文件建索引块）空间（还需为小文件建索引块）

▪ （（ 22 ）当文件较大时，索引块太多，查找速度）当文件较大时，索引块太多，查找速度减慢减慢–解决：当索引太大时，则需建立多级索引解决：当索引太大时，则需建立多级索引

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索引分配索引分配

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6.3.3 6.3.3 索引分配（索引文件）索引分配（索引文件）

二、多级索引二、多级索引٭ 两级两级 ::٭ 设一个盘块大小为设一个盘块大小为 1k1k，每个盘块号占，每个盘块号占 4byte4byte 。则。则 22级索引存放的文件的盘块号总数为：级索引存放的文件的盘块号总数为： 256×256=64k,256×256=64k,故文件的最大长度为故文件的最大长度为 64M64M

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6.3.3 6.3.3 索引分配（索引文件）索引分配（索引文件）

三、混合分配方式（三、混合分配方式（ UNIXUNIX系统）系统）٭ 一、二、多级索引合用一、二、多级索引合用٭ 设每个块大小为设每个块大小为 4k4k，一索引项占，一索引项占 44 字节，则字节，则٭ 1.1.直接地址：小文件（直接地址：小文件（ <40k)<40k)则立即读出。则立即读出。٭ 2.2. 一次间址：一次间址： 4M4M٭ 3.3. 多次寻址多次寻址 :4G->4T:4G->4T。。

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6.46.4 目录管理 目录管理

文件目录：将文件名——文件目录：将文件名—— map—— map—— 外存物理位置，外存物理位置，使用户按名存取。使用户按名存取。

功能：功能：٭ （（ 11 ）按名存取；）按名存取；٭ （（ 22 ）提高检索速度；）提高检索速度；٭ （（ 33 ）文件共享；）文件共享；٭ （（ 44 ）允许文件重名。）允许文件重名。

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6.4.1 6.4.1 文件控制块和索引结点 文件控制块和索引结点

目录文件：其内容为文件目录。目录文件：其内容为文件目录。 文件目录：文件控制块的有序集合（文件目录：文件控制块的有序集合（ FDTFDT）） 一、文件控制块一、文件控制块 FCBFCB：：

٭ 可分外内存可分外内存 FCBFCB和外存和外存 FCB (FCB ( 目录项目录项））٭ 1.1. 基本信息基本信息٭ （（ 11 ）文件名：）文件名：٭ （（ 22 ）文件物理位置：（设备号，盘块号，文件长度））文件物理位置：（设备号，盘块号，文件长度）٭ （（ 33 ）文件逻辑结构：）文件逻辑结构：▪ 流式流式▪ 记录式：定长、变长记录式：定长、变长

٭ （（ 44 ）文件物理结构：）文件物理结构：▪ 顺序放顺序放▪ 离散放：链式、索引式离散放：链式、索引式

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文件控制块文件控制块 FCBFCB

2.2. 存取控制信息存取控制信息 (( 安全性安全性 )) 。。٭ 文件主文件主 //核准用户核准用户 // 一般用户存取权限。一般用户存取权限。

3.3.使用信息类：使用信息类：٭ （（ 11 ）文件的建立日期）文件的建立日期 // 时间；时间；٭ （（ 22 ）文件上一次修改时间；）文件上一次修改时间；٭ （（ 33 ）当前使用信息。）当前使用信息。٭ 例：例： DOSDOS

文件名

扩展名 属性 备用 时间 日期 第一块号

盘块数

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二、索引结点二、索引结点

1.1. 引入：引入：٭ 索引结点：含文件描述信息。索引结点：含文件描述信息。٭ 为何引入：为何引入： FCBFCB中含中含 :: 文件名、描述信息，它们文件名、描述信息，它们较占空间。较占空间。

例：一个例：一个 FCBFCB为为 64byte64byte ，一个盘块为，一个盘块为 1024byte1024byte ，，设文件共有设文件共有 30763076 个，因一个盘块只能放个，因一个盘块只能放 1024/64:11024/64:166 个个 FCBFCB，故文件目录占了，故文件目录占了 3076/16=1923076/16=192 个块，当个块，当要访问某文件，平均调度块数为要访问某文件，平均调度块数为 192/2=96+1=97192/2=96+1=97 次。次。

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二、索引结点（二、索引结点（ UNIXUNIX））

a.a. 将将 FCBFCB分为 分为 ٭ 文件名、文件名、 ii （（ index)index) 节点指针和相应的节点指针和相应的 ii 节点，其中节点，其中文件名和文件名和 ii 节点指针占节点指针占 1616 字节字节

b.b.离散存放目录结构离散存放目录结构٭ 查询时只调入文件名部分，找到后才调入相应节点。查询时只调入文件名部分，找到后才调入相应节点。

文件名 索引节点编号

文件名 1

文件名 2

… …

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2.2.磁盘索引结点 磁盘索引结点

（（ 11 ）文件主标识；）文件主标识； （（ 22 ）文件类型；）文件类型； （（ 33 ）文件存取权限；）文件存取权限； （（ 44 ）文件物理地址；）文件物理地址； (( 表达出盘块号表达出盘块号 )) （（ 55）文件长度；）文件长度； （（ 66 ））连接（共享）计数连接（共享）计数；； （（ 77）存取时间。）存取时间。

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3.3. 内存索引节点 内存索引节点

文件打开后，将磁盘索引结点的内容部分或全部子集文件打开后，将磁盘索引结点的内容部分或全部子集拷贝到内存，并增加以下内容。拷贝到内存，并增加以下内容。٭ （（ 11 ）编号；）编号；٭ （（ 22 ）状态；（上锁、修改））状态；（上锁、修改）٭ （（ 33 ）共享计数；）共享计数；٭ （（ 44 ）逻辑设备号；）逻辑设备号；٭ （（ 55）链接指针）链接指针 :i:i 节点的组织结构。节点的组织结构。

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6.4.26.4.2 目录结构目录结构

单级目录结构单级目录结构٭ （（ 11 ）新建文件时——）新建文件时—— >> 有无同名——有无同名—— >>加入目录加入目录表表

٭ （（ 22 ）删除文件——）删除文件—— >> 回收块——回收块—— >> 清除占用目录清除占用目录项项

٭ 特点：特点：▪ （（ 11 ）简单）简单▪ （（ 22 ）速度慢）速度慢 // 不允许重名不允许重名 // 不便于共享不便于共享 (( 不能不能用不同名字访问同一文件用不同名字访问同一文件 )) 。 。

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目录项例目录项例

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6.4.26.4.2 目录结构目录结构

两级目录结构两级目录结构 ٭ MFD+UFDMFD+UFD▪ 特点特点 ::▪ (1)(1) 提高了速度提高了速度 ::如：如： nn个用户，每用户最多个用户，每用户最多mm个文件，则最坏速度为个文件，则最坏速度为 n+mn+m 而非而非 n*mn*m

▪ （（ 22 ）可重名）可重名▪ （（ 33 ）可共享（但不方便））可共享（但不方便）

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6.4.26.4.2 目录结构目录结构

树型目录结构（多级目录）（图 6.18）٭ 一、树型目录：▪ 一目录文件中的目录项可为：目录文件、数据文件

٭ 二、路径名：٭ 三、当前目录 /工作目录。٭ 四、增 / 删除（可 /不可删除非空目录）٭ 五、链接文件

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6.56.5目录查询技术目录查询技术

过程：文件名——目录项（过程：文件名——目录项（ FCBFCB ）或索引结点—— ）或索引结点—— 盘块号—— 启动磁盘—— 驱动程序盘块号—— 启动磁盘—— 驱动程序

例：例： /usr/ast/mbox/usr/ast/mbox٭ （（ 11 ）根中得）根中得 usrusr 的索引结点号的索引结点号 6;6;٭ （（ 22 ）） 66 中得中得 usrusr 目录文件为目录文件为 132#132#；；٭ （（ 33 ）） 132#132#中得中得 /usr/ast/usr/ast 的索引结点是的索引结点是 26.26.٭ （（ 44 ）） 2626 中的中的 /usr/ast/usr/ast 目录文件中目录文件中 406#406#٭ （（ 55）） 406#406#中得中得 /usr/ast/mbox/usr/ast/mbox的索引结点是的索引结点是 60.60.٭ （（ 66 ）） 6060中得中得 /usr/ast/mbox/usr/ast/mbox的物理地址的物理地址

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6.5 6.5 文件存储空间管理 文件存储空间管理

6.5.1-1 6.5.1-1 空闲表法：空闲表法：٭ 分配：首次分配：首次 //循环首次循环首次 // 最佳最佳 // 最坏最坏٭ 回收：判断是否合并。回收：判断是否合并。٭ 由于连续分配比较快，因此对对换空间及小由于连续分配比较快，因此对对换空间及小文件的管理适用。文件的管理适用。

6.5.2-2 6.5.2-2 空闲链表法。空闲链表法。٭ 1.1. 空闲盘块链空闲盘块链▪ 缺点：可能该链很长。缺点：可能该链很长。

٭ 2.2. 空闲盘区链：空闲盘区链：▪ 一个盘区含多个盘块，类似于内存分区分一个盘区含多个盘块，类似于内存分区分配与回收配与回收 (( 合并合并 )) 。。

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6.5 6.5 文件存储空间管理 文件存储空间管理

6.5.2 6.5.2 位示图法（可采用连续或离散分配）位示图法（可采用连续或离散分配）٭ 1.1. 位图位图٭ 2.2. 盘块的分配：盘块的分配：

（（ 11 ）顺序扫描，找一个或一组）顺序扫描，找一个或一组 =0=0的块。的块。（（ 22 ）根据找到的行）根据找到的行 //列得以盘块号。列得以盘块号。 B=n(i-1)+jB=n(i-1)+j（（ 33 ）修改位图。）修改位图。

٭ 3.3. 回收回收（（ 11 ）由磁块号得）由磁块号得 (i,j)(i,j)i=(b-1)div n +1 j=(b-1)mod n +1i=(b-1)div n +1 j=(b-1)mod n +1

（（ 22 ）修改位图：）修改位图：特点：因不占空间，可放入内存，易于访问。特点：因不占空间，可放入内存，易于访问。

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6.5 6.5 文件存储空间管理 文件存储空间管理

6.5.3 6.5.3 成组链接法（成组链接法（ UNIXUNIX）） 一、空闲盘块的组织。一、空闲盘块的组织。

٭ 空闲盘块号栈：空闲盘块号栈： 二、空闲盘块的分配与回收二、空闲盘块的分配与回收

٭ 分配：到分配：到 s.free(0)s.free(0) 时，由于该块内容为下时，由于该块内容为下一组的盘号，将内容加入空闲盘块号栈中，一组的盘号，将内容加入空闲盘块号栈中，再分配。再分配。

٭ 回收：到回收：到 s.free(100)s.free(100) 时，将空闲盘块栈中时，将空闲盘块栈中内容放入新到的回收块中，将该回收块作为内容放入新到的回收块中，将该回收块作为栈底。栈底。

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6.66.6 文件共享与保护文件共享与保护

6.6.1 6.6.1 基于索引结点的共享方式基于索引结点的共享方式٭ （（ 11 ）建立链接时，将共享文件的物理地址链）建立链接时，将共享文件的物理地址链拷贝。拷贝。

٭ 缺点：文件增、改时，其它用户不知，造成新缺点：文件增、改时，其它用户不知，造成新增内容不能共享。增内容不能共享。

٭ （（ 22 ）共享索引结点：（类似于）共享索引结点：（类似于 BFDBFD方式方式 ).).当当count>1count>1 时，这时文件主也不能删文件。否则，时，这时文件主也不能删文件。否则，指针悬空。指针悬空。

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6.66.6 文件共享与保护文件共享与保护

6.6.2 6.6.2 利用“符号链”实现文件共享。利用“符号链”实现文件共享。٭ 建立一“符号链”文件，该文件的物理地址建立一“符号链”文件，该文件的物理地址指向路径名。指向路径名。

٭ 这样，仅原文件指向索引结点，其它链接文这样，仅原文件指向索引结点，其它链接文件仅包含原文件的路径名，文件主可对原文件仅包含原文件的路径名，文件主可对原文件删除等。件删除等。

٭ 速度慢。文件系统速度慢。文件系统传储传储时，共享文件可能生时，共享文件可能生成多个拷贝成多个拷贝 ..