第八章 磁盘存储器的管理

1.外存的组织方式

(1)连续组织方式
(2)链接组织方式
(3)索引组织方式

连续组织方式

又称连续分配方式，要求为每一个文件分配一组相邻接的盘块。
把逻辑文件中的记录顺序地存储到邻接的各物理盘块中。
优点：

• (1) 顺序访问容易
• (2) 顺序访问速度快。

缺点：

• (1) 要求为一个文件分配连续的存储空间。
• (2) 必须事先知道文件的长度。
• (3) 不能灵活地删除和插入记录。
• (4) 无法实现动态增长文件。

链接组织方式

1.隐式连接

在文件目录的每个目录项中，都须含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。
主要问题：只适合顺序访问，它对随机访问是及其低效的。

2.显式连接

把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在内存的一张链接表中。该表称为文件分配表FAT

索引组织方式

1.单级索引组织方式

• 优点：支持直接访问
• 缺点：对于小文件，其索引块的利用率极低。

2.多级索引组织方式

• 若文件较大，存放索引表也需要多个盘块（索引盘块）。
• 索引盘块亦需要按顺序管理起来
  若索引盘块数量较少用指针链接的方式即可；
  若索引盘块较多，需对索引盘块也采用索引方式管理，形成多级索引。

多级索引下的文件大小：

• 若两级索引，盘块1KB，盘块号占4字节
  一个盘块可存放的盘块号数有多少个
  1KB/4B =(2^10)/4 = 2^8 = 256（个）
  二级索引下的****文件可分配的最大盘块数
  256 * 256 =(2^6) × (2^10)=64 K（个）
  文件最大长度为
  64K（个）*1KB=64MB
• 若盘块大小为4KB，单级索引允许文件最大长度为4MB（4K/4* 4KB），二级索引则文件最大可达4GB（1K* 1K* 4KB）。

3.混合组织索引（增量式索引组织方式）

2.存储空间的管理

空闲表法

• 系统为外存上的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
  （表项包括序号、空闲区的第一个盘块号、空闲盘块数等。）
  将所有空闲区按其起始盘块号递增的次序排列，如图。
  
  属于连续分配方式，空闲盘区的分配与内存的分区(动态)分配类似，同样是采用首次适应算法和最佳适应算法等，它们对存储空间的利用率大体相当，都优于最坏适应算法。

空闲链表法

1.空闲盘块链：

• 将磁盘上的所有空闲空间，以盘块为单位拉成一条链。
  因创建文件而请求分配空间时，系统从链首依次摘下适当数目的空闲盘块分配给用户。
  因删除文件而释放存储空间时，系统将回收的盘块依次插入空闲盘块链的末尾。
• 分配和回收一个盘块的过程非常简单，但为一个文件分配盘块时，可能要重复操作多次。分配回收简单。链表长，大量分配时需要操作的指针多

2.空闲盘区链：

• 所有空闲盘区拉成一条链。每个盘区（可包含若干盘块）上含有：
  指示下一空闲盘区的指针、本盘区大小等信息
• 分配通常采用首次适应算法。回收盘区时，将回收区与相邻的空闲盘区相合并。
  为提高检索速度，可以采用显式方法，为空闲盘区建立一张链表放在内存中。
• 分配、回收操作涉及的链式数据结构的处理方便
  链表长度不定，分配时操作的指针数量相对较少，但分配回收操作相对复杂。

位示图法

利用二进制的一位来表示一个盘块的使用情况。
值为0表示对应的盘块空闲，为1表示已分配。有的系统则相反。
磁盘上的所有盘块都有一个二进制位与之对应，这样由所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。
总块数=mn。可用mn个位数来构成位示图，可看成是二维数组（数据结构）。

盘块的回收

(1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。转换公式为：　i = (b - 1)DIV  n + 1　j = (b - 1)MOD  n + 1
(2) 修改位示图。令map[i, j] = 0。

成组链接法

大型文件系统，空闲表或空闲链表太长不方便管理操作。
UNIX系统中采用成组链接法，这是将两种方法结合而形成的一种空闲盘块管理方法。
中心思想：
所有盘块按规定大小划分为组；
组间建立链接；
组内的盘块借助一个系统栈可快速处理，且支持离散分配回收。

3.提高磁盘I/O速度

• 磁盘高速缓存
• 提前读
• 延迟写
• 优化物理块的分布
• 虚拟盘

4.廉价磁盘冗余阵列（RAID）

利用一台磁盘阵列控制器来管理和控制一组(几台到几十台)磁盘驱动器，组成一个大型磁盘系统。

• 大幅度增加了磁盘容量。
• 极大地提高了磁盘I/O速度和整个磁盘系统的可靠性

并行交叉存取

RAID的分级

• 0级 仅提供并行交叉存取
• 1级 具有磁盘镜像功能
• 3级 具有并行传输功能的磁盘阵列
• 5级 具有独立传送功能的磁盘阵列
• 6级和7级 设置了异步校验盘

RAID优点

• 可靠性高
• 磁盘I/O速度高
• 性价比高

5.提高磁盘可靠性的技术

第一级容错技术 STF-Ⅰ

• 双份目录和双份文件分配表
• 热修复重定向和写后读检验

第二级容错技术 STF-Ⅱ

• 磁盘镜像
• 磁盘双工