4.1.8【2016统考真题】

好的，这是一道非常经典的操作系统文件系统综合题，它以**FAT (文件分配表)**为核心，将目录结构、文件链接分配、地址查找和性能计算等多个知识点串联在一起，非常考验对FAT文件系统工作原理的理解。

我们来详细地解析这道题。

题目原文

(9)【2016统考真题】某磁盘文件系统使用链接分配方式组织文件,簇大小为 4KB。目录文件的每个目录项包括文件名和文件的第一个簇号,其他簇号存放在文件分配表 FAT 中。

1. 假定目录树如上图所示,各文件占用的簇号及顺序如上表所示,其中dir, dir1是目录, file1, file2是用户文件。请给出所有目录文件的内容。
2. 若 FAT 的每个表项仅存放簇号,占 2B,则 FAT 的最大长度为多少字节? 该文件系统支持的文件长度最大是多少?
3. 系统通过目录文件和 FAT 实现对文件的按名存取,说明 file1 的 106, 108 两个簇号分别存放在 FAT的哪个表项中。
4. 假设仅 FAT 和 dir 目录文件已读入内存,若需将文件 dir/dir1/file1 的第 5000 个字节读入内存,则要访问哪几个簇?

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一、运用了什么知识点？考了什么？为什么这么考？

• 运用知识点:

  1. 文件目录结构: 理解树形目录结构，以及目录本身也是一种特殊的文件。
  2. 链接分配 (FAT变种): 这是本题的核心。它不是简单的“指针存于数据块中”的链接分配，而是将所有文件的链接指针集中存放在一个叫做文件分配表 (FAT) 的大数组里。FAT的表项号（数组下标）对应磁盘的簇号，表项内容是该簇的下一个簇号。
  3. 按名存取过程: 理解查找一个文件（如/a/b/c）的完整流程：从根目录开始，找到a的目录项，获取a的起始簇号，读取a的内容，在a中查找b的目录项… 直至找到最终文件c的起始簇号。
  4. 文件地址计算: 能够根据文件内的字节偏移和簇大小，计算出目标数据位于文件的第几个簇。

• 考了什么？
  这道题完整地模拟了FAT文件系统的一次“按名存取”操作。它考查的是：

  1. 数据结构的理解与构建 (Q1): 能否根据零散的文件信息，反向构建出目录文件的内容。
  2. 系统参数的极限计算 (Q2): 能否根据FAT表项的大小，推算出FAT本身的最大尺寸以及它能支持的最大文件长度。这考察了对系统设计约束的理解。
  3. FAT核心工作原理 (Q3): 检验考生是否真正理解“FAT表项内容是下一个簇号，表项索引是当前簇号”这一核心机制。
  4. 文件访问的动态模拟 (Q4): 这是一个综合性极强的“寻址”问题，要求考生扮演操作系统的角色，从一个路径名出发，一步步地进行目录解析、FAT查询，最终定位到磁盘上的物理簇。

• 为什么这么考？
  因为FAT虽然是一个相对古老的文件系统，但它的设计思想——将链接信息与数据分离——非常经典，是理解现代文件系统（如ext, NTFS的间接块）的基础。这道题通过一个完整的实例，让考生“走一遍”真实的文件访问流程，能够深刻地检验考生是否将目录、FCB、FAT、数据块这些孤立的概念，融会贯通成一个协同工作的有机整体。

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三、解题思路与详细分析 (怎么样？)

问题1分析：构建目录文件

• 思路: 目录文件就是一个列表，每个条目是<文件名, 起始簇号>。我们需要根据给定的目录树和文件信息表，填充dir和dir1这两个目录文件的内容。
• 构建dir目录:
  • 从目录树看，dir目录下面只有一个子目录dir1。
  • 从文件信息表看，dir1的第一个簇号是48。
  • dir的内容:

    文件名	簇号
    dir1	48

• 构建dir1目录:
  • 从目录树看，dir1目录下面有两个文件file1和file2。
  • 从文件信息表看，file1的第一个簇号是100，file2的第一个簇号是200。
  • dir1的内容:

    文件名	簇号
    file1	100
    file2	200

问题2分析：FAT的极限

1. FAT的最大长度是多少字节?

   • 思路: FAT是一个大数组，数组的下标就是磁盘的簇号。FAT的表项大小决定了它能表示的簇号的范围。
   • FAT表项: 占2B = 16位。
   • 这意味着簇号最多可以用16位来表示。
   • 因此，磁盘上最多可以有 2¹⁶ = 65536 个簇。
   • FAT表需要为这2¹⁶个簇中的每一个都准备一个表项。
   • FAT最大长度 = 最大簇数 × 每个表项的大小
   • 最大长度 = 2¹⁶ 项 × 2 B/项 = 65536 * 2 B = 131072 B = 128 KB。

2. 文件系统支持的文件长度最大是多少?

   • 思路: 文件长度 = 文件占用的簇数 × 每个簇的大小。
   • 文件的最大长度，就是它把所有可用的簇都占满了。
   • 系统最多有2¹⁶个簇。
   • 最大长度 = 最大簇数 × 簇大小
   • 最大长度 = 2¹⁶ 簇 × 4 KB/簇 = 65536 * 4 KB = 262144 KB = 256 MB。

• 结论: FAT最大长度为 128 KB；文件最大长度为 256 MB。

问题3分析：FAT的链接原理

• 核心原理: 如果文件占用了簇A和簇B，且A在B之前，那么FAT中第A个表项的内容，就是簇B的编号。即 FAT[A] = B。
• 分析file1:
  • file1占用的簇号顺序是 100, 106, 108。
  • 簇100的下一个簇是106。因此，FAT的第100个表项里存放的内容是 106。
  • 簇106的下一个簇是108。因此，FAT的第106个表项里存放的内容是 108。
• 结论: 106存放在FAT的<