操作系统-文件存储空间的管理
操作系统中的内存管理与文件系统原理
操作系统中的内存管理与文件系统原理操作系统是计算机系统中的关键组成部分，它负责管理计算机的资源，并提供给应用程序一个方便的运行环境。
其中，内存管理和文件系统原理是操作系统中的重要内容之一。
本文将就这两个方面进行探讨。
一、内存管理内存管理是操作系统中的核心任务之一，主要包括内存的分配、回收和保护。
下面将深入探讨内存管理的原理与实现。
1. 内存分配在操作系统中，内存分配主要分为静态分配和动态分配两种方式。
静态分配是指在程序加载时就确定了内存的分配情况，而动态分配则是动态地根据程序的运行需要进行内存的分配。
静态分配的优点是简单高效，但缺点是浪费内存资源。
动态分配虽然能够更高效地利用内存，但需要考虑内存碎片等问题。
常见的动态分配算法有首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
2. 内存回收内存回收是指在进程结束或释放内存时，将已经使用的内存空间释放给系统的过程。
在操作系统中，常见的内存回收机制有引用计数和垃圾回收等。
引用计数是一种简单且常用的内存回收机制，通过跟踪对象的引用数量来进行内存的回收。
当引用数量减为0时，表示该对象不再被使用，可以将其回收。
垃圾回收则是一种更复杂的内存回收机制，它通过扫描程序的堆内存，找出不再被使用的对象，并回收其占用的内存空间。
常见的垃圾回收算法有标记-清除算法、标记-整理算法和复制算法等。
3. 内存保护内存保护是指操作系统对内存空间的保护机制，以防止进程之间的干扰和非法访问。
在实现内存保护时，操作系统通常采用分段和分页的方式。
分段是将进程的地址空间划分为若干个段，每个段具有不同的权限，如只读、可写等。
这样可以有效地限制进程对内存空间的访问权限。
分页则是将进程的地址空间划分为固定大小的页，每个页都有相应的访问权限。
通过页表来映射进程的虚拟地址和物理地址，以实现内存的保护和地址转换。
二、文件系统原理文件系统是操作系统中用于管理文件和目录的机制。
文件系统的设计和实现涉及文件的组织、存储和管理等方面。
计算机操作系统中的文件系统和存储管理
计算机操作系统中的文件系统和存储管理计算机操作系统作为整个计算机系统的核心，负责管理和控制计算机硬件和软件资源的使用。
其中，文件系统和存储管理是操作系统中重要的子系统，负责管理计算机中的文件和存储设备。
本文将介绍计算机操作系统中的文件系统和存储管理的作用、原理以及常见实现方式。
一、文件系统文件系统是操作系统中的一个重要组成部分，它负责管理和组织计算机中的文件，使用户能够方便地创建、访问、修改和删除文件。
文件系统在操作系统层次上对存储介质进行抽象，将存储设备上的数据组织为一个个文件，并提供了对文件的操作接口。
常见的文件系统有FAT、NTFS（在Windows系统中使用）、EXT4（在Linux系统中使用）等。
文件系统的主要功能如下：1. 文件的创建与删除：文件系统提供了创建和删除文件的接口，用户可以根据需要创建和删除文件。
2. 文件的读写操作：用户可以通过文件系统对文件进行读写操作，包括从文件中读取数据和向文件中写入数据。
3. 文件的共享与保护：文件系统可以对文件进行共享和保护，以控制不同用户对文件的访问权限。
4. 文件的组织和管理：文件系统可以对文件进行组织和管理，包括对文件进行分类、组合和命名等。
文件系统的实现方式一般采用了目录结构，它通过目录（或文件夹）来组织和管理文件。
目录可以看作是一个文件索引的表格，它记录了文件的位置、大小、权限等信息，使用户可以根据文件名或路径找到相应的文件。
二、存储管理存储管理是操作系统中的另一个重要组成部分，它负责管理计算机中的存储设备，包括内存、硬盘等，以使其能够高效地存储和检索数据。
存储管理的主要功能如下：1. 内存管理：存储管理负责对计算机中的内存进行管理，包括内存的分配与释放、内存的保护与共享等。
通过内存管理，操作系统可以为不同的进程提供独立的地址空间，保证它们之间的互不干扰。
2. 虚拟存储：虚拟存储是一种将物理内存和辅助存储设备（如硬盘）结合起来使用的技术。
操作系统文件管理
位示图是一种非常常用的结构，在索引，数据压缩等方面 有广泛应用。
2. 盘块的分配
(1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0” 的二进制位(“0”表示空闲时)。
(2) 将所找到的一个或一组二进制位，转换成与之相应的
盘块号。假定找到的其值为“ 0 ”的二进制位，位于位示 的第i行、第j列，则其相应的盘块号应按下式计算：
b=ห้องสมุดไป่ตู้(i-1)+j式中，n代表每行的位数。
(3) 修改位示图，令map［i,j］=1。
3. 盘块的回收
(1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。转 换公式为：i=(b-1)DIV n+1 j=(b-1)MOD n+1 (2) 修改位示图。令map ［i,j］=0。
一磁盘有64000块，块号记为1～64000，现用2000个32位 的字作该盘位示图，试问第 56789 块对应于位示图中第几 字的第几位（字、位均从0开始）;而第1599字的第17位对 应于第几块？
8.4 文件存储空间的管理
8.4.3位示图 8.4.4分配策略
组员： 金智超
王应峰
李晓东
1. 定义:
位示图 (bitmap) 又叫位图，位示图是利用二进制的一位来 表示磁盘中的一个盘块的使用情况。它的最小单元是一个 bit。每个bit有两种取值 1或0。当其值为"0"时，表示对应 的盘块空闲;为"1"时，表示已经分配。
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T H A N K Y O U F O R Y O U R W AT C H
2017
辅存通常为多用户共享，其存储区域的分配是操作系统的 功能。对辅存的分配有静态策略和动态策略。
文件存储空间管理方法
文件存储空间管理方法文件存储空间是操作系统中的一个重要资源，对于有效管理文件存储空间，可以提高系统的性能和可靠性。
下面将介绍几种常见的文件存储空间管理方法。
一、连续分配连续分配是最简单的文件存储空间管理方法之一。
它将文件存储空间划分为固定大小的块，并按照顺序分配给文件。
当文件需要存储时，系统会为其分配连续的空闲块。
这种方法的优点是实现简单，读写效率高。
然而，连续分配也存在一些问题，比如文件大小不能超过一块的大小，造成了空间的浪费。
而且，删除文件后会产生碎片，使得存储空间不连续，影响了文件的存储效率。
二、链接分配链接分配是一种通过链接将文件存储空间连接起来的方法。
每个文件都有一个指向下一个块的指针，从而将文件的各个块连接在一起。
这种方法的优点是可以有效地利用存储空间，文件的大小可以动态变化。
然而，链接分配的缺点是需要额外的空间存储指针，而且读写效率较低，因为需要依次访问每个块。
三、索引分配索引分配是一种通过索引表来管理文件存储空间的方法。
每个文件有一个对应的索引表，其中记录了文件所占用的块的位置。
索引表中的每一项都指向一个块，通过这些指针可以找到文件的所有块。
这种方法的优点是可以快速定位文件的块，读写效率较高。
然而，索引分配也存在一些问题，比如需要额外的索引表空间，而且索引表的大小限制了文件的最大大小。
四、位图分配位图分配是一种使用位图来管理文件存储空间的方法。
位图中的每一位对应一个块，用来表示该块的使用状态（已分配或空闲）。
当文件需要存储时，系统会查找位图中的空闲位，并将其标记为已分配。
这种方法的优点是实现简单，可以快速地找到空闲块。
然而，位图分配也存在一些问题，比如位图本身需要占用一定的存储空间，而且当存储空间较大时，位图的大小会变得很大，占用了大量的存储空间。
文件存储空间管理方法有连续分配、链接分配、索引分配和位图分配等。
每种方法都有其优点和缺点，可以根据实际需求选择适合的方法。
当然，还有其他一些高级的文件存储空间管理方法，比如哈希分配、树状分配等，但这些方法相对较为复杂，需要更多的计算和存储开销。
操作系统中的文件系统与磁盘管理
操作系统中的文件系统与磁盘管理在计算机系统中，操作系统起到了极为重要的作用，负责协调和管理各种硬件资源，其中文件系统与磁盘管理是操作系统的重要组成部分。
文件系统负责对计算机中的文件进行组织和管理，而磁盘管理则负责对存储设备中的数据进行存取和管理。
本文将对操作系统中的文件系统与磁盘管理进行详细探讨。
一、文件系统文件系统是操作系统中用于组织和管理文件的一种机制。
它提供了对文件的创建、读取、写入、删除等操作，并通过目录结构将文件进行组织。
文件系统的主要任务包括：1. 文件的组织与管理：文件系统通过建立目录结构，将文件按照一定的规则进行组织。
用户可以通过路径名来标识文件的位置，方便地进行文件的访问和管理。
2. 存储空间的分配与管理：文件系统需要将文件存储到磁盘等存储设备中。
它需要对存储设备进行分区，并为文件分配存储空间。
在进行文件的读写操作时，文件系统需要记录文件的位置和大小，以便正确地进行存取操作。
3. 文件的访问与权限管理：文件系统对文件进行权限管理，确保只有拥有合适权限的用户才能进行文件的读写和修改操作。
同时，文件系统还提供了各种接口和工具，方便用户对文件进行访问和操作。
二、磁盘管理磁盘管理是操作系统中负责对存储设备进行管理和存取的一部分。
磁盘是计算机系统中最重要的存储设备之一，广泛应用于文件存储和数据管理。
磁盘管理的主要任务包括：1. 存储空间的管理：磁盘管理需要将磁盘空间划分为逻辑块（或扇区）进行管理。
逻辑块是最小的存储单位，文件系统通过逻辑块来分配和管理存储空间。
磁盘管理还需要维护空闲块列表，记录磁盘上可用的空闲块，以便分配给新文件。
2. 数据的存取与缓存：磁盘管理需要实现对磁盘的读写操作。
为了提高磁盘的读写效率，磁盘管理会使用磁盘缓存区，将频繁读写的数据暂存在内存中。
通过使用缓存区，可以减少对磁盘的实际读写次数，从而提高系统的响应速度。
3. 磁盘数据的备份与恢复：磁盘管理还需要对磁盘数据进行备份和恢复。
计算机操作系统之文件管理PPT课件
两级目录结构
将文件分为用户文件和系统文件两大 类，分别存放在不同的目录下。
树形目录结构
采用多级目录结构，形如一棵倒立的 树，根目录在最上层，子目录逐层向 下展开。
无环图目录结构
在树形目录结构的基础上，引入指针 实现目录间的链接，形成网状结构， 但不允许出现环。
路径名与链接技术
路径名
指从根目录出发到达指定文件所经过的目录序列，分为绝对路径和相对路径两种 。
回收。
文件管理是系统资源管理的集中 体现之一，直接影响系统的效率
和性能。
文件是存储在外部介质上的数据 集合，操作系统通过文件管理实 现对数据的组织、存取和保护。
文件系统基本功能
01
实现文件的有效存储、 读取和更新，保证数据 的可靠性和完整性。
02
提供方便的文件操作和 访问手段，支持多用户 共享文件和保护文件安 全。
01
02
03
索引节点的概念
存储文件元数据的数据结 构，包括文件属性、权限 、时间戳等。
目录项的概念
存储文件名和索引节点指 针的数据结构，用于将文 件名映射到索引节点。
分离技术的优势
提高文件检索速度，减少 磁盘I/O操作次数，支持 高效的文件系统操作。
磁盘调度算法优化
1 2 3
磁盘调度算法的作用
确定磁盘读写操作的顺序，以优化磁盘访问时间 和系统性能。
03
文件系统组织结构
目录结构设计原则
层次性原则
目录结构应清晰、有层次，便 于管理和维护。
稳定性原则
目录结构应相对稳定，不应频 繁变动。
可扩展性原则
目录结构应具备一定的扩展性 ，以适应未来的需求变化。
安全性原则
目录结构应保证数据的安全性 和完整性。
计算机操作系统文件系统了解文件管理和存储的原理
计算机操作系统文件系统了解文件管理和存储的原理计算机操作系统的文件系统是一种用于管理和存储计算机文件的机制。
它将文件组织成一个层次结构并提供了对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
了解文件管理和存储的原理对于使用计算机的人来说是非常重要的。
本文将介绍文件系统的基本原理以及其在计算机操作系统中的作用。
一、文件系统的基本原理文件系统可以理解为一种虚拟的存储器，它通过记录文件的存储位置和相关属性来管理文件。
文件系统通常由文件、目录和文件描述符等组成。
1. 文件：文件是指一组有关联的数据的集合，可以是文本文件、图像文件、音频文件等。
文件在计算机中被划分为连续的块，每个块可以存储一部分文件数据。
2. 目录：目录是一种用于组织文件的结构。
它可以包含文件和其他目录。
通过目录，用户可以方便地找到所需的文件。
目录可以看作是一个树状结构，根目录位于最上层，下面是一些子目录和文件。
3. 文件描述符：文件描述符是操作系统为每个文件维护的一种数据结构。
它包含了文件的各种属性信息，比如文件大小、创建时间、修改时间等。
通过文件描述符，操作系统可以对文件进行管理和控制。
二、文件管理的原理文件管理是指对文件的创建、读取、写入和删除等操作。
计算机操作系统提供了一系列的系统调用来实现文件管理。
1. 创建文件：当用户需要创建一个新文件时，操作系统将为该文件分配一个唯一的文件名和一个文件描述符。
此时，文件系统会分配一部分空闲的存储空间来保存文件的数据。
2. 读取文件：当用户需要读取一个文件时，操作系统根据文件的文件名和文件描述符找到文件的存储位置，并将文件的数据读取到内存中供用户使用。
3. 写入文件：当用户需要向一个文件写入数据时，操作系统根据文件的文件名和文件描述符找到文件的存储位置，并将用户提供的数据写入到文件中。
4. 删除文件：当用户不再需要一个文件时，可以通过删除文件的方式来释放文件占用的存储空间。
操作系统会将文件的存储空间标记为可用，并从文件系统中删除该文件的相关信息。
了解电脑操作系统的文件管理功能
了解电脑操作系统的文件管理功能电脑操作系统的文件管理功能是指操作系统对于文件的组织、存储、访问和管理的功能。
文件管理功能是操作系统的重要组成部分，它能够提高用户对于文件的操作效率和便捷性。
本文将详细介绍电脑操作系统的文件管理功能及其重要性。
一、文件管理的定义和作用文件管理是操作系统对于文件的存储、组织、检索和保护的一种管理方式。
通过文件管理，用户可以方便地创建、读取、编辑、保存和删除文件，同时还能够对文件进行分类、命名、备份和恢复，以及控制文件的访问权限和安全性。
文件管理的主要作用包括：1. 方便文件的组织和存储：操作系统通过文件管理功能，可以将文件按照不同的类型、用途、大小或其他属性进行分类和组织，从而方便用户对文件进行管理和存取。
2. 提高文件的检索和访问效率：通过文件管理功能，用户可以通过文件名、关键词或其他属性进行文件的检索和查找，快速找到所需要的文件，并且可以随时访问和修改文件。
3. 提供文件的安全性保护：文件管理功能可以通过权限设置、加密等手段对文件进行保护，防止未经授权的用户进行非法访问或修改。
4. 支持文件的备份和恢复：操作系统的文件管理功能还可以实现对文件的备份和恢复，确保文件在意外情况下不会丢失或损坏。
二、电脑操作系统的文件管理功能电脑操作系统的文件管理功能通常包括以下几个方面：1. 文件的创建和命名：用户可以通过操作系统提供的文件管理界面，方便地创建新的文件，并为文件指定一个独特且有意义的名称。
2. 文件的存储和组织：操作系统会为每个文件分配一定的存储空间，将文件存储在硬盘、固态硬盘或其他存储介质上，并根据需要对文件进行组织和分类，方便用户进行管理和查找。
3. 文件的读取和写入：用户可以通过操作系统提供的文件管理界面，方便地读取和写入文件的内容，进行文件的编辑和修改。
4. 文件的复制和移动：操作系统还提供了文件的复制和移动功能，用户可以通过简单的操作，将文件复制到指定的位置，或者将文件从一个位置移动到另一个位置。
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第一章 操作系统引论
2. 空闲链表法 1) 空闲盘块链 这是将磁盘上的所有空闲空间以盘块为单位拉成一条链， 其中的每一个盘块都有指向后继盘块的指针。 2) 空闲盘区链 这是将磁盘上的所有空闲盘区(每个盘区可包含若干个 盘块)拉成一条链。在每个盘区上除含有用于指示下一个空 闲盘区的指针外，还应有能指明本盘区大小(盘块数)的信息。
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第一章 操作系统引论
2. 空闲盘块的分配与回收 当系统要为用户分配文件所需的盘块时，须调用盘块分 配过程来完成。该过程首先检查空闲盘块号栈是否上锁，如 未上锁，便从栈顶取出一空闲盘块号，将与之对应的盘块分 配给用户，然后将栈顶指针下移一格。若该盘块号已是栈底， 即S.free(0)，这是当前栈中最后一个可分配的盘块号。
第一章 操作系统引论
பைடு நூலகம்
8.2 文件存储空间的管理
8.2.1 空闲表法和空闲链表法 1. 空闲表法 1) 空闲表 空闲表法属于连续分配方式，它与内存的动态分配方式
雷同，它为每个文件分配一块连续的存储空间。即系统也为 外存上的所有空闲区建立一张空闲表，每个空闲区对应于一 个空闲表项，其中包括表项序号、该空闲区的第一个盘块号、 该区的空闲盘块数等信息。再将所有空闲区按其起始盘块号 递增的次序排列，形成空闲盘块表，如图8-9所示。
8
第一章 操作系统引论
8.2.3 成组链接法 1. 空闲盘块的组织 (1) 空闲盘块号栈，用来存放当前可用的一组空闲盘块
的盘块号(最多含100个号)，以及栈中尚有的空闲盘块(号)数 N。顺便指出，N还兼作栈顶指针用。
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第一章 操作系统引论
图8-11 空闲盘块的成组链接法
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第一章 操作系统引论
(2) 文件区中的所有空闲盘块被分成若干个组，比如， 将每100个盘块作为一组。假定盘上共有10000个盘块，每块 大小为1 KB，其中第201～7999号盘块用于存放文件，即作 为文件区，这样，该区的最末一组盘块号应为7901～7999； 次末组为7801～7900，…，倒数第二组的盘块号为301～400； 第一组为201～300，如图8-11所示。
(3) 将每一组含有的盘块总数N和该组所有的盘块号记入 其前一组的第一个盘块的S.free(0)～S.free(99)中。这样，由 各组的第一个盘块可链成一条链。
11
第一章 操作系统引论
(4) 将第一组的盘块总数和所有的盘块号记入空闲盘块 号栈中，作为当前可供分配的空闲盘块号。
(5) 最末一组只有99个盘块，其盘块号分别记入其前一 组的S.free(1)～S.free(99)中，而在S.free(0)中则存放“0”，作 为空闲盘块链的结束标志。(注：最后一组的盘块数应为99， 不应是100，因为这是指可供使用的空闲盘块。其编号应为 (1～99)，0号中放空闲盘块链的结尾标志。)
b = n(i - 1) + j 式中，n代表每行的位数。
(3) 修改位示图，令map[i, j] = 1。
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第一章 操作系统引论
3. 盘块的回收 盘块的回收分两步： (1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。 转换公式为：
i = (b - 1)DIV n + 1 j = (b - 1)MOD n + 1 (2) 修改位示图。令map[i, j] = 0。
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第一章 操作系统引论
图8-10 位示图
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第一章 操作系统引论
2. 盘块的分配 根据位示图进行盘块分配时，可分三步进行： (1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0” 的二进制位(“0”表示空闲时)。 (2) 将所找到的一个或一组二进制位转换成与之相应的 盘块号。假定找到的其值为“0”的二进制位位于位示图的第i 行、第j列，则其相应的盘块号应按下式计算：
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第一章 操作系统引论
图8-9 空闲盘块表
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第一章 操作系统引论
2) 存储空间的分配与回收 空闲盘区的分配与内存的分区(动态)分配类似，同样是 采用首次适应算法和最佳适应算法等，它们对存储空间的利 用率大体相当，都优于最坏适应算法。在系统为某新创建的 文件分配空闲盘块时，先顺序地检索空闲表的各表项，直至 找到第一个其大小能满足要求的空闲区，再将该盘区分配给 用户(进程)，同时修改空闲表。
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第一章 操作系统引论
8.2.2 位示图法 1. 位示图 位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使
用情况。当其值为“0”时，表示对应的盘块空闲；为“1”时， 表示已分配。有的系统把“0”作为盘块已分配的标志，把 “1”作为空闲标志。(它们在本质上是相同的，都是用一位的 两种状态来标志空闲和已分配两种情况。)磁盘上的所有盘 块都有一个二进制位与之对应，这样，由所有盘块所对应的 位构成一个集合，称为位示图。