文件和文件系统
文件管理：把所管理的程序和数据组织成一系列的文件，并能进行合理的存储、使用等操作。
基本概念
（1）数据项：基本数据项和组合数据项
（2）记录：相关数据项集合
（3）关键字：用于唯一的标识一个记录。
（4）文件：有结构和无结构，属性：类型、长度、物理位置、创建时间
文件类型
①按用途：系统、用户、库文件
②按数据形式：源文件、目标文件、可执行文件
③按存取控制属性：只执行、只读、读写
④按组织和处理方式：普通文件、目录文件、特殊（设备）文件
文件系统层次结构
（1）对象及其属性（文件、目录、磁盘空间）
（2）操纵、管理对象的软件集合（文件管理内核程序）
1.文件目录的管理
2.文件共享和保护等
3.文件存储空间的管理
4.文件逻辑地址转换
5.文件读写管理
文件系统有关的软件分为四个层次：
④逻辑文件系统
③基本I/O管理程序
②基本文件系统层
文件操作
最基本的操作
①创建/删除文件：分空间，形成FCB及目录（名，地址）
②读、写：按名检索目录，找到文件地址，开始读、写
③设置文件读写位置，实现随机存取（尤其适用于记录文件）
“打开”与“关闭”：
文件读/写操作 = 检索 + 读/写。
每次读写前都要重复检索增大开销。所以为了方便对同一文件的多次读写，一次检索到文件后就在内存中记录其位置，避免重复检索。被记录下位置的文件就是“打开”文件；
文件的逻辑结构
文件系统设计的关键要素：
如何构成一个文件，以及如何存储在外存。
文件结构：
文件的逻辑结构：按用户观点如何组织数据；又称文件组织
基本要求：检索速度高、方便修改、降低存储空间费用（不连续）
1）文件逻辑结构的类型
一. 按文件是否有结构
1.有结构文件（记录式）
①定长记录
②变长记录
2.无结构文件（字符流式）
字节为单位，利用读写指针依次访问。
系统对该类文件不需格式处理。
二.按文件的组织方式
①顺序文件
串结构：按记录形成的时间顺序串行排序。记录顺序与关键字无关；
顺序结构：按关键字排序。
顺序结构记录按关键字排序，可按关键字检索
定长：结合折半查找算法等提高检索速度
变长：从第1个记录开始顺序扫描，直到扫描到要检索的关键字标识的记录（例如：数据库、文件系统的基于文件名排序的目录检索）
②索引文件
索引表内容：
索引号、长度、记录地址指针
③索引顺序文件
本方式是最常见的一种逻辑文件形式。
将顺序文件的所有记录分组
还是建立索引表，但每个表项记录的是每组第1条记录的键值和地址。
组内记录仍按顺序方式检索和使用。
④直接文件
给定键值（如学号）不需顺序检索直接得到记录的物理地址。
外存分配方式
1）连续分配
①为每一个文件分配一组相邻的盘块。
逻辑文件中的记录顺序与存储器中文件占用盘块的顺序一致。
②优点：顺序访问容易，读写速度快
③缺点：
会产生外存碎片。可紧凑法弥补，但需要额外的空间，和内存紧凑相比更花时间。
创建文件时要给出文件大小；存储空间利用率不高，不利于文件的动态增加和修改；
④适用于变化不大顺序访问的文件，在流行的UNIX系统中仍保留了连续文件结构。如对换区
2）链接分配
①可以为每一个文件分配一组不相邻的盘块。
设置链接指针，将同属于一个文件的多个离散盘块链接成一个链表，这样形成的文件称为链接文件。会有链接成本。
②优点：
离散分配，消除外部碎片，提高利用率
同时适用于文件的动态增长；修改容易
3）索引分配
系统运行时只涉及部分文件，FAT表无需全部调入内存
每个文件单独建索引表（物理盘块索引），记录所有分配给它的盘块号；
建立文件时，便分配一定的外存空间用于存放文件盘块索引表信息；
①单级索引分配索引形式
适合大文件。中、小型文件，只需若干链接即可。若用索引分配方式，用一个盘块存放少量索引信息反而不适用。
②多级索引
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。
③混合组织索引（增量式索引组织方式）
索引文件在顺序访问或随机访问中都比较灵活，是一种比较 好的文件物理结构，但也是需要一定的用于索引表的空间开销和检索文件索引的时间开销的。
UNIX系统是使用索引结构成功的例子。
存储空间的管理
①为实现存储空间分配，系统需要：
记住空闲存储空间使用情况；为空间设置相应的数据结构；
提供对存储空间分配、回收的操作手段。
典型的管理方法：
1）空闲表和空闲链表法
常用于连续分配管理方式
2）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
盘块号计算公式：
j从1开始：盘块号 = 列总数（i-1）+ j
j从0开始：盘块号 = 列总数*（i-1）+ j+1
根据盘块算行列计算公式：
i从1开始：i=(盘块号-1)/列数+1；j=(盘块号-1)%列数+1
i从0开始：i=(盘块号-1)/列数；j=(盘块号-1)%列数
优点：从位示图中很容易找到一个或一组相邻接的空闲盘块。
但限于容量问题，常用于微型机和小型机中
3）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。