作業系統 - 檔案系統

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檔案

檔案是儲存在輔助儲存器（如磁碟、磁帶和光碟）上的一組相關資訊的命名集合。一般來說，檔案是由位、位元組、行或記錄組成的序列，其含義由檔案的建立者和使用者定義。

檔案結構

檔案結構應符合作業系統能夠理解的所需格式。

• 檔案根據其型別具有特定的定義結構。

• 文字檔案是由字元組成的序列，這些字元組織成行。

• 原始檔是由過程和函式組成的序列。

• 目標檔案是由位元組組成的序列，這些位元組組織成機器可以理解的塊。

• 當作業系統定義不同的檔案結構時，它還包含支援這些檔案結構的程式碼。Unix、MS-DOS 支援最少數量的檔案結構。

檔案型別

檔案型別是指作業系統區分不同型別檔案（如文字檔案、原始檔和二進位制檔案等）的能力。許多作業系統支援多種型別的檔案。像 MS-DOS 和 UNIX 這樣的作業系統具有以下型別的檔案：

普通檔案

• 這些檔案包含使用者資訊。
• 它們可能包含文字、資料庫或可執行程式。
• 使用者可以對這些檔案執行各種操作，例如新增、修改、刪除甚至刪除整個檔案。

目錄檔案

• 這些檔案包含檔名列表以及與這些檔案相關的其他資訊。

特殊檔案

• 這些檔案也稱為裝置檔案。
• 這些檔案表示物理裝置，例如磁碟、終端、印表機、網路、磁帶驅動器等。

這些檔案分為兩種型別：

• 字元特殊檔案 - 資料逐個字元處理，如終端或印表機的情況。

• 塊特殊檔案 - 資料按塊處理，如磁碟和磁帶的情況。

檔案訪問機制

檔案訪問機制是指訪問檔案記錄的方式。有幾種訪問檔案的方法：

• 順序訪問
• 直接/隨機訪問
• 索引順序訪問

順序訪問

順序訪問是指按某種順序訪問記錄，即按順序處理檔案中的資訊，一次一個記錄。這種訪問方法是最原始的方法。示例：編譯器通常以這種方式訪問檔案。

直接/隨機訪問

• 隨機訪問檔案組織提供直接訪問記錄的功能。

• 每個記錄在檔案中都有其自己的地址，藉助該地址可以直接訪問該記錄以進行讀取或寫入。

• 記錄不必在檔案中按任何順序排列，並且它們不必在儲存介質上的相鄰位置。

索引順序訪問

• 此機制建立在順序訪問的基礎之上。
• 為每個檔案建立一個索引，其中包含指向各個塊的指標。
• 順序搜尋索引，並使用其指標直接訪問檔案。

空間分配

檔案由作業系統分配磁碟空間。作業系統採用以下三種主要方法來為檔案分配磁碟空間。

• 連續分配
• 連結分配
• 索引分配

連續分配

• 每個檔案在磁碟上佔據一個連續的地址空間。
• 分配的磁碟地址按線性順序排列。
• 易於實現。
• 外部碎片是這種分配技術的重大問題。

連結分配

• 每個檔案都包含一個指向磁碟塊的連結列表。
• 目錄包含指向檔案第一個塊的連結/指標。
• 沒有外部碎片
• 有效地用於順序訪問檔案。
• 在直接訪問檔案中效率低下。

索引分配

• 解決了連續分配和連結分配的問題。
• 建立一個索引塊，其中包含所有指向檔案的指標。
• 每個檔案都有其自己的索引塊，其中儲存著檔案佔用的磁碟空間的地址。
• 目錄包含檔案的索引塊的地址。