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考研408《操作系统》复习笔记，第四章(1)《文件管理概念》

news 2025/9/24 9:26:15

应网友催稿，主包最近也是很多事很疲惫，所以笔记以最简洁形式来了，可能不适合初学者抠细节，但是复习框架是够的

一、文件系统基础概念

我直接思维导图（放大来看）

【文件基础概念术语】

定义了解一下：【文件】就是一组有意义的数据/信息的【集合】
一般【文件】是存储在【磁盘】的（因为是要长期保存的数据）

文件的【属性（也叫“访问类型”）】（只记重要的常用的）：
文件名："四级学习资料.pdf" 的这个 "四级学习资料" 就是给用户辨别的文件名
注：同一目录下不可有同名文件（比如不能有2个"test.txt"）

类型：.mp3、.txt、.java、.pdf......这些文件类型
位置：特指用户看的懂的文件路径，比如“D:/data”
而非物理的磁盘实际地址

大小：就是这个文件的实际大小
保护：就是【安全】那限制“组”、“拥有者”、“其他用户”的“写、改、读...”等权限，经常做开发的应该会接触

；

；

其中思维导图里的【文件结构】只是简单提一下其【逻辑结构】，下面第二大点会重点讲

】

二、文件结构

1、文件的【逻辑结构】

直接思维导图，记得放大看

（1）无结构文件

又称【流式文件】，就是一串【字符流】，长度单位是【字节】，没有结构所以也没甚好探讨的

（2）有结构文件

又称【记录式文件】
由多个【记录】构成
记录里由【数据项】构成
每个记录里可以【定一个数据项】作为【关键字】

而【记录】的类型又分为【不定长 (可变长) 记录】和【定长记录】
【定长记录】：每个记录的【数据线个数一样】、【对应的数据项大小一样】
重点：【定长记录】可以【随机存储（随机查找）】！！！
就像访问数组第3个元素直接访问 a[2]！！只要知道了第1个记录的起始地址 + 2个记录的大小就找到 a[2]了

【不定长 (可变长) 记录】：每个记录的【数据线个数不一样】或者【对应数据项的大小不一样】

重点：【不定长 (可变长) 记录】不可以【随机存储（随机查找）】！！！

你都不知道每个记录的大小规律，怎么计算第i个元素在哪

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；

【“有结构（记录式文件）文件”】的【文件类型】

1、《顺序文件》：

顾名思义，就是文件一个一个按顺序排列
其实就是数据结构第一章说得【逻辑结构之：线性结构】，那么回忆一下可知，线性结构有：线性表、串、数组、队列、栈
而其中【逻辑结构：线性表】还对应了【物理结构：顺序存储、链式存储】，所以按理来说，顺序文件同样也包含了“顺序存储”+“链式存储”
但是考试不考【顺序文件：链式存储】，所以考试中【顺序文件】=【逻辑、物理都是顺序存储】！！！！！

然后记住【顺序文件】对应的【可变长记录】、【定长记录】的 “能否随机存取”的区别！！！！
很明显【不定长（可变长）记录】是不适合【随机存取】的，因为各个记录大小不一样，没法根据a[0]的地址算出第i个记录在哪
【定长记录】里还有【串结构】、【顺序结构】的 “能否按关键字排序”的区别！！！！

2、《索引文件》：

我直接思维导图解释，要记住的重点就是：
添加【索引表】，每个【索引记录】是【变长记录】的长度、地址位置
【索引表】必须是顺序、记录是定长的；【变长记录】是乱序的、记录是不定长的
可以实现【快速查找 “不定长记录”】，但却额外增加了【索引表空间】

3、《索引顺序文件》

我直接思维导图解释，要记住的重点就是：
解决【索引表】空间大问题：把 “多个变长记录” 归为【一组】，索引表每个记录指向的是【一组里的 “第1个记录” 的信息】
【索引表】必须是顺序、记录是定长的，但不需按关键字排序；
【变长记录组与组】之间是【乱序的】；【一组里的记录】是【按顺序的】
不仅减小了【索引表空间】、还提高了【查找效率】

这还多一个【多级索引表】，效率更高，原理就是“不断套娃”，【高级索引表】记录【低级索引表】的表项位置、【最低级索引表】才记录【各组变长记录】

2、文件目录

【目录文件】概念（简称“目录”）

当我们双击“照片”后，操作系统会在这个目录表中找到【关键字 “照片”】对应的【目录项(也就是记录)】，然后从外存中将“照片”目录的信息读入内存，于是，“照片”目录中的内容就可以显示出来了。

【文件控制块：FCB】

那么一个【目录文件】里记录了很多条【目录项】，这每一条【目录项】也叫【文件目录】也叫【文件控制块：FCB】
（进程有【PCB】、文件有【FCB】）
再次强调FCB的多个名字：【目录项】、【文件目录】、【文件控制块】
他记录的就是一个文件的各种属性，其中最重要的是【文件名】、【文件物理存放地址】
FCB会涉及的一些操作（不用记，大家用电脑都有这些常识）

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【目录结构分类】

记一下这个思维导图这几个关键字就够了

非要研究是啥的话就看这几个图：
【单级目录结构】
【双级目录结构】
【多级目录结构（树形目录）】：就是我们现在的文件夹形式
拓展：其中，做多开发的朋友都知道Window和Linux有不同的【根目录】表达符号
而【当前目录】都一样是【.】
那么【绝对路径】会导致访问很多次磁盘，效率较低而【相对路径】则是在已经在内存中打开的【当前目录文件】下接着往下找，会比绝对路径少访问很多次磁盘，效率较高（做开发的都有经验）

【无环图目录结构】

‘

【索引节点】（对FCB的改进）

思维导图

因为在目录表查找文件时其实只用到了【文件名】，所以FCB太多冗余属性信息了
因此【索引节点】的改进结构如下：
【索引表】：只记录【文件名】+【该文件索引节点的位置指针】
【索引节点】：除了【文件名】之外的文件其他属性信息
另外，放在外存的索引节点叫【磁盘索引节点】；放在内存后的索引节点叫【内存索引节点】，放在内存后因为文件会被改动，所以会额外添加一些内容（比如：几个进程在访问这个节点？这个节点被改写了吗？.....等，了解即可）

’

【注意！！！】

【目录文件】和【文件目录】的区别：

这几个知识点可能很多人会混淆，下图直观解释了
【文件目录】和【目录文件】
【目录项】和【记录】抱歉这里应该一个文件目录应该对应的是【文件】而不是【文件夹】的，我截图时忽略这点，急了。。。

3、文件的【物理结构】

前提提示（不是知识点，只是方便加深计组的知识点）：

这一块概念有点像《计算机组成原理——第3章磁盘和固态硬盘》、《计算机组成原理——第3章Cache和主存映射》的内容，像复习的可以去看看（可看可不看，非必要）：

《磁盘和固态硬盘》https://blog.csdn.net/m0_73991249/article/details/149423765

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《Cache和主存映射》https://blog.csdn.net/m0_73991249/article/details/149573251?spm=1001.2014.3001.5501

1、【文件块】和【磁盘块】理解

四句话：

1、内存和外存（磁盘）以【块】传输
（【块】就是把多个存储单元分为一组，块之间存储单元都一样）

2、用户操作的是【逻辑块号 + 块内地址】
（这里不理解需要补习计组内容，块内地址其实就是一块里的存储单元的相对地址）

3、实际磁盘里用的是【物理块号 + 块内地址】
4、用户的【逻辑块号 + 块内地址】对应映射磁盘的【物理块号 + 块内地址】

2、三种分配方式（映射方式）

【思维导图】

【①连续分配】

就是要求【每个文件】在磁盘占有【一组连续块】
重点：
文件【目录项】记录：该文件【第一个磁盘块号】+【所占用块数】
映射关系：【物理块号 = 起始块号 + 逻辑块号】
（比如图中给出【逻辑块号0】，那么对应的【物理块号 = 起始块4 + 逻辑块0 = 4】）

优点：
【可以随机访问（因为连续块方便计算块位置）】
【方便磁盘访问（磁盘、磁头原理）】

缺点：
【为了保持文件整体有序，增、删块要整体迁移，不方便】
【不灵活，只要连续空间，那就会产生很多外部碎片】

【②链式分配】

就是文件在【物理上】是【离散分散存放的】

【隐式链接】

重点：
文件【目录项】：记录文件的【起始块号】+【结束块号】
（因为每个盘块都有指向下一个盘块的指针，所以中间信息不用记）

缺点：（就是链表的特点）
不能随机存取，只能顺序访问！！！
其中一个盘块有问题，整个文件完蛋
指针也占空间

优点：插入删除方便（链表特点，改链尾节点的指针指向即可）

【显式链接】

重点：
就是在隐式链接基础上加了个【FAT（File Allocation Table）文件分配表】
文件【目录】项：只有【起始块号】！！！！
然后每个盘块的下一块的指针由【FAT表】来记录！！！！
注意：【FAT表】之有一张，一开机就读入【内存】，所以显式链接查找文件时无需访问磁盘！！！！

优点：
可以随机存取！！！（FAT表帮忙直接找到）
比【隐式】快得多（因为不访问磁盘）

【③索引分配】

未完待续。。。。。