# 5.4 文件存储空间管理

## 一、存储空间管理概述

### 1.1 管理对象

**空闲空间**：
- 未分配给文件的磁盘块
- 需要记录和管理

**已分配空间**：
- 已分配给文件的磁盘块
- 通过文件系统管理

### 1.2 管理目标

- **有效利用空间**：减少浪费
- **快速分配**：提高分配效率
- **快速回收**：提高回收效率

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## 二、空闲空间管理方法

### 2.1 空闲表法

**思想**：
- 使用空闲表记录所有空闲块
- 每个表项包含起始块号和块数

**空闲表结构**：
| 序号 | 起始块号 | 块数 |
|-----|---------|------|
| 1 | 5 | 3 |
| 2 | 12 | 5 |
| ... | ... | ... |

**分配算法**：
- **首次适应**：选择第一个满足要求的空闲区
- **最佳适应**：选择满足要求的最小空闲区

**适用**：
- 连续分配方式

### 2.2 空闲链表法

**思想**：
- 将所有空闲块链接成链表
- 每个空闲块包含指向下一个空闲块的指针

**实现**：
- 空闲块的第一项作为指针
- 最后一个空闲块的指针为NULL

**分配**：
- 从链表头部取出一个空闲块

**回收**：
- 将回收块插入链表头部

**适用**：
- 链接分配方式

### 2.3 位示图法

**思想**：
- 使用二进制位表示磁盘块的使用情况
- 0表示空闲，1表示已分配

**位示图结构**：
```
块号：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ...
位：  0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 ...
```

**计算**：
- 块号 = i × 字长 + j
- i为字号，j为位号

**优点**：
- 占用空间小
- 容易找到连续的空闲块

**缺点**：
- 需要扫描位示图

### 2.4 成组链接法（UNIX）

**思想**：
- 将空闲块分成若干组
- 每组记录下一组的空闲块号
- 最后一组用特殊标记结束

**实现**：
- 内存中保存一组空闲块号
- 分配时从内存中的组取
- 组空时，从下一组读入

**分配过程**：
1. 从内存中的空闲块组取出一个块
2. 如果是索引块（记录下一组），读入下一组
3. 分配该块

**回收过程**：
1. 将回收块号加入内存中的组
2. 如果组满，将组写入回收块，该块成为新的索引块

**优点**：
- 结合了空闲表和空闲链表的优点
- 分配和回收效率高
- 占用内存少

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## 三、磁盘配额

### 3.1 什么是磁盘配额

**磁盘配额**：限制用户或组可以使用的磁盘空间。

### 3.2 配额类型

**软限制**：
- 可以暂时超过
- 超过时会收到警告
-  grace period内必须降到限制以下

**硬限制**：
- 绝对不能超过
- 超过后不能写入

### 3.3 配额管理

- 按用户配额
- 按组配额
- 按文件系统配额

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## 四、考研重点

1. **空闲空间管理方法**：
   - 空闲表法：结构、分配算法
   - 空闲链表法：实现、分配回收
   - 位示图法：结构、计算
   - 成组链接法：实现、分配回收过程
2. **各种方法的适用场景**
3. **磁盘配额**：软限制、硬限制

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*下一节：5.5 文件共享与保护*