文件逻辑结构、外存分配和空闲空间管理

一 文件的逻辑结构(组织方式)：

(1)顺序文件：所有记录具有相同长度，并且由相同数目、长度固定的域按照特定的顺序组成(记录按关键字排序)。

*优点：通常用于批处理文件，即每次读或写一大批记录，顺序文件是最佳的；只有顺序文件才能存储在磁带上。

*缺点：对于查询或更新记录的交互式应用，顺序文件性能很差(在访问时，为了匹配关键字，需要顺序查找文件)；增加或删除一个记录比较困难。

(2)索引文件：对主文件的每个记录(可以是变长的记录)，索引表中设有一个相应的表项，用于记录该记录的长度L及指向该记录的指针。由于索引表本身是一个定长记录的顺序文件，从而可以方便的实现直接存取。

*检索过程：首先根据用户提供的关键字，并利用折半查找法去检索索引表，从中找到相应的表项；再利用该表项中给出的指向记录的指针值，去访问所需的记录。每当要向索引文件中增加一个新记录时，便需对索引表进行修改。

*优点：索引表具有较快的检索速度，因此主要用于对信息处理的及时性要求较高的场合。

*缺点：存储成本大。除了主文件，还需配置一张索引表，而且每个记录都要有一个索引项。

*如下图：

(3)索引顺序文件：是顺序文件和索引文件相结合的产物，最常见的一种逻辑文件方式，克服了变长记录不便于直接存取的缺点，而且付出的代价也不算太大。

*结构：将顺序文件所有记录分成若干个组；为顺序文件简历一张索引表，在索引表中为每组中的第一个记录建立一个索引项，其中含有该记录的键值和指向该记录的指针。

*检索过程：首先利用用户提供的关键字以及查找算法去检索索引表，找到该记录所在记录组中第一个记录的表项，从中得到该记录组第一个记录在主文件中的位置；然后利用顺序查找法去查找主文件，从中得到所要求的记录。

*如下图：

(4)直接文件(Hash文件)：可根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址。

*特点：利用Hash函数，可将记录键值转换为相应记录的地址。通常由Hash函数所求得的并非是相应记录的地址，而是指向一目录表相应表目的指针，该表目的内容指向相应记录所在的物理地址。

*如下图：

二 外存分配：

*常用的三种文件分配方式：连续分配方式、链接分配方式、索引分配方式。

(1)连续分配方式：为每一个文件分配一组相邻接的盘块，一组盘快地址定义了磁盘上的一段线性地址。

*优点：顺序访问容易、快。

*缺点：要求有连续的存储空间，会产生许多外部碎片；必须实现知道文件的大小。

(2)链接分配方式：通过在每个盘块上的链接指针，将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一个链表，把这样形成的物理文件称为链接文件。

*优点：采用离散分配方式，消除了外部碎片，提高了外存空间利用率；无需知道文件的大小，可根据需要动态分配。

*缺点：局部性原理不在使用；不支持高效的直接存取(必须顺序查找)。

(3)索引分配：为每个文件分配一个索引块，再把分配给文件的所有盘块号都记录在该索引块中，因而索引块就是一个含有许多盘块号的数组。

*优点：支持随机访问；不会产生外部碎片；当文件较大时，由于链接分配方式。

*缺点：可能花费较多的外存空间，每建立一个文件时，便需为之分配一个索引块，将分配给该文件的所有盘块号记录于其中。

*支持多级索引和混合索引(多种索引分配方式相结合)如下图:

三 空闲空间管理：正如分配给文件的空间需要管理，当前还没有分配的空间也必须管理起来。

(1)位示图法：使用一个向量，向量的每一位对应于磁盘中的每一块。0：表示空闲块，1：表示已使用块。

*优点：很容易找到一个或一组连续的空闲块；位示图很小，占用空间少。常用语微型机或小型机中。

(2)空闲表法：类似于连续分配方式，系统为外存上的所有空闲去建立一张空闲表，每个空闲区对应于一个空闲表项，其中包括表项序号、该空闲区的第一个盘块号、该区的空闲盘块信息。如下图：

(3)空闲链表法：将所有空闲盘区拉成一条空闲链。根据构成链的基本元素不同分为：空闲盘块链和空闲盘块区。

(4)成组链接法：

*空闲表法和空闲链表法都不适用于大型文件系统，因为这会使空闲表和空闲链表太长。在UNIX中采用的是成组链接法，结合上述两种方法而形成的一种空闲盘块管理方法。