# 5.2 文件的物理结构

## 一、连续分配

### 1.1 基本概念

**连续分配**：为文件分配连续的磁盘块。

### 1.2 实现方式

**文件目录项**：
- 起始块号
- 块数（长度）

**例子**：
```
文件A：起始块号0，长度3
磁盘：| A | A | A | 空 | 空 | ... |
      0   1   2   3   4
```

### 1.3 优点

- **实现简单**：只需记录起始位置和长度
- **顺序访问快**：连续读取，磁头移动少
- **随机访问快**：可以直接计算位置

### 1.4 缺点

- **产生外部碎片**：文件删除后留下空洞
- **需要紧凑**：定期整理磁盘
- **文件增长困难**：需要连续空间

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## 二、链接分配

### 2.1 基本概念

**链接分配**：文件分散存储在磁盘块中，通过指针链接。

### 2.2 隐式链接

**实现方式**：
- 每个磁盘块包含数据和指向下一个块的指针
- 文件目录项记录起始块号和结束块号

**例子**：
```
文件A：起始块号0
磁盘：
块0：数据A0 + 指针→1
块1：数据A1 + 指针→2
块2：数据A2 + 指针→-1（结束）
```

**优点**：
- 无外部碎片
- 文件可以动态增长

**缺点**：
- 只能顺序访问
- 指针占用存储空间
- 可靠性差（一个块损坏，后续都丢失）

### 2.3 显式链接（FAT）

**实现方式**：
- 使用文件分配表（FAT）记录链接关系
- 磁盘块只存储数据
- FAT表在内存中

**FAT表结构**：
```
块号：  0    1    2    3    4    5
FAT：   1    2   -1    5    0    4
```

**优点**：
- 随机访问较快（查FAT表）
- 可靠性提高（FAT可备份）

**缺点**：
- FAT表占用内存
- 大磁盘FAT表很大

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## 三、索引分配

### 3.1 基本概念

**索引分配**：为每个文件建立索引块，记录文件占用的所有磁盘块号。

### 3.2 实现方式

**文件目录项**：
- 索引块号

**索引块**：
- 包含文件所有磁盘块号的数组

**例子**：
```
文件A：索引块号5
索引块5：[0, 1, 2, -1, ...]
磁盘块0, 1, 2存储文件A的数据
```

### 3.3 优点

- **支持直接访问**：通过索引块直接找到数据块
- **无外部碎片**
- **文件可以动态增长**

### 3.4 缺点

- **索引块占用空间**：小文件也需要索引块
- **索引块大小限制**：大文件需要多级索引

### 3.5 多级索引

**单级索引**：
- 一个索引块直接指向数据块
- 适用于小文件

**两级索引**：
- 索引块指向二级索引块
- 二级索引块指向数据块
- 适用于中等文件

**三级索引**：
- 更多级索引
- 适用于大文件

**混合索引（UNIX inode）**：
- 直接指针：指向数据块
- 一级间接指针：指向索引块
- 二级间接指针：指向一级索引块
- 三级间接指针：指向二级索引块

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## 四、三种分配方式的比较

| 特性 | 连续分配 | 链接分配 | 索引分配 |
|-----|---------|---------|---------|
| 实现复杂度 | 简单 | 中等 | 复杂 |
| 外部碎片 | 有 | 无 | 无 |
| 顺序访问 | 快 | 中等 | 中等 |
| 随机访问 | 快 | 慢 | 快 |
| 文件增长 | 困难 | 容易 | 容易 |
| 空间开销 | 小 | 小（指针） | 大（索引块） |
| 可靠性 | 高 | 低 | 中等 |

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## 五、考研重点

1. **连续分配**：实现方式、优缺点
2. **链接分配**：隐式链接、显式链接（FAT）
3. **索引分配**：实现方式、多级索引、混合索引
4. **三种分配方式的比较**：优缺点、适用场景
5. **UNIX inode**：直接指针、间接指针

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