第8章 磁盘存储空间的管理
第8章 磁盘存储空间的管理
- 8.2.1 空闲表法
- 8.2.2 空闲链表法
- 8.2.3 位示图
- 8.2.4 成组链接法
- 总结：磁盘空间管理方法
总图概览：
- 磁盘块：
- 磁盘块是存储介质上连续扇区所组成的一个区域。
- 磁盘块是主存和辅助进行信息交换的最小单位，每次总是交换一块或整数块信息。一般来讲，是2n个扇区。
- 为什么存在磁盘块？
- 读取方便。由于扇区的存储数量比较小，所以OS将相邻的扇区组合在一起，形成一个块，再对块进行整体的操作。
- 分离对底层的依赖:OS忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念，在系统中认为块是最小的单位。
8.2.1 空闲表法
- 空闲表法属于连续分配方式，与内存的动态分配方式类似，它为每个文件分配一块连续的存储空间。
- 系统为外存所有空闲区建立一张空闲表，每个空闲区对应一个空闲表项。再将所有空闲区按其起始盘块号递增的次序排列，形成空闲盘块表。
- 存储空间的分配与回收同内存动态分配方法。
- 特点：分配速度快，访问速度快;
- 分配算法：首次适应算法、最佳适应算法;
- 适应场景:对换空间一般采用连续分配方法;多媒体文件，为了减少磁头的寻道时间，采用连续分配算法。
8.2.2 空闲链表法
- 空闲盘块链
将磁盘上的所有空闲空间以盘块为单位组成一条链，其中的每一个盘块都有指向后继盘块的指针。
优点：分配回收方便；
缺点：盘块数量多，空闲盘块链会很长。
- 空闲盘区链
将磁盘上的所有空闲盘区组成一条链。在每个盘区上除含有用于指示下一个空闲盘区的指针外，还应有能指明本盘区大小(盘块数)的信息。
优点：空闲盘块链较短；
缺点：分配回收复杂。
8.2.3 位示图
- 位示图
- 利用二进制的一位（bit）表示磁盘中一个盘块的使用情况。 值：空闲，0；已分配，1;
- 磁盘上的所有盘块都有一个bit与之对应，由所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。 行号称为字号，列号称为位号；
- 二维数组表示：map[m][n];
- 盘块的分配
- 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0”的二进制位；并转换成与之相应的盘块号。例：A文件需要5个物理块.
- 修改位示图，令map[i][ j] = 1。
- 盘块的回收
- 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。
- 修改位示图。令map[i][ j] = 0。
- 盘块号和位示图中元素地址的计算，假设都从0开始
- 由位示图计算磁盘的相对块号b，如（字号3,位号4）
b=字号16+4； 一般性： b=字号n+位号- 将盘块号转换为位示图中的字号和位号，如16盘块：
字号=16/16; 位号=16 mod 16
字号=b/n; 位号=b mod n;
- 例题
有3200个磁盘块（512byte）可用来存储信息，用字长为16位的字来构造位示图如下。假设CHS从0开始，扇区有8个，H有2个;
（1）位示图共需多少个字？（2）若某文件长度为3200字节，系统将为其分配哪些磁盘块？磁盘块从0开始编号。
解：(1) 共需字：3200/16=200;
(2) 3200/512=7块,从位示图中找到如下7块分配给该文件：19，23，24，25，26，36，37。
8.2.4 成组链接法
- 空闲表法和空闲链表法不适合大型文件系统，会使空闲表或空闲链表太长。
空闲块分成若干组，如每100个空闲块为一组，放在一个空闲块中，首先登记了空闲块总数和下一组空间块的物理盘块号。
初始化时，编号12~349为空闲块，共338个，利用空闲块来存放空闲链表，超级块中部分内容作为管理块，假设每个空闲块保存100个空闲块信息。
成组链接法-分配算法：顺序分配
现在在这样的情况下，在超级块中有38个空闲块，申请一个物理块就将超级块中的最上面的一块13给分出去，依次进行。当超级块中的情况变为下面这样:
此时将50号空块里面的内容复制到超级块中，并且修改超级块中的总个数位100，并且将超级块中第一块的空闲块的位置里面指向150号空块，然后将50号空块分配出去。成组链接法-回收算法
- 成组链接法占空间少（除超级块中内容外，均隐藏在空闲块中），分配、释放快，适合大型文件系统。
总结：磁盘空间管理方法
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