🏷️ 知识点：文件物理结构
为支持 CD-ROM 中视频文件的快速随机播放，播放性能最好的文件数据块组织方式是（ ）。
A.连续结构
B.链式结构
C.直接索引结构
D.多级索引结构
[tag_link] 正确答案：A为了实现快速随机播放，要保证最短的查询时间，即不能选取链表和索引结构，因此 连续分配方案 最优。
下列选项中，支持文件长度可变、随机访问的磁盘存储空间分配方式是（ ）。
A. 索引分配 B. 链接分配 C. 连续分配 D. 动态分区分配
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正确答案：A
索引分配 支持变长的文件，同时可以随机访问文件的指定数据块，选项 A 正确。链接分配 不支持随机访问，需要依靠指针依次访问，选项 B 错误。连续分配的文件长度固定，不支持 可变文件长度（连续分配的文件长度虽然也可变，但是需大量移动数据，代价较大，相比之 下不太合适），选项 C 错误。动态分区分配是内存管理方式，不是磁盘空间的管理方式，选 项 D 错误。
下列文件物理结构中，适合随机访问且易于文件扩展的是()。
A. 连续结构
B. 索引结构
C. 链式结构且磁盘块定长
D. 链式结构且磁盘块变长
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正确答案：B
文件的物理结构包括连续、链式、索引三种，其中链式结构不能 实现随机访问，连续结构的文件不易于扩展。
因此随机访问且易于扩展是索引结构的特性。
在文件的索引节点中存放直接索引指针 10 个，一级和二级索引指针各 1 个。磁盘块大小为 1KB，每个索引指针占 4 个字节。若某文件的索引节点已在内存中，则把该文件偏移量（按字节编址）为 1234 和 307400 处所在的磁盘块读入内存，需访问的磁盘块个数分别是（ ）。
A. 1、2 B. 1、3 C. 2、3 D. 2、4
[tag_link] 正确答案：B本题考察 混合索引：其中 10 个直接索引指针指向的数据块大小为 10×1KB = 10KB。每个索引指针占 4B，则每个磁盘块可存放 1KB/4B = 256 个索引指针，一级索引指针指向的数据块大小为 256×1KB = 256KB，二级索引指针指向的数据块大小为 256×256×1KB = 216KB = 64MB。按字节编址，偏移量为 1234 时，因 1234B < 10KB，则由直接索引指针可得到其所在的磁盘块地址。文件的索引结点已在内存中，则地址可直接得到，故仅需 1 次访盘即可。偏移量为 307400 时，因 10KB+256KB < 307400B < 64MB，可知该偏移量的内容在二级索引指针所指向的某个磁盘块中，索引结点已在内存中，故先访盘 2 次得到文件所在的磁盘块地址，再访盘 1 次即可读出内容，故共需 3 次访盘。
设文件索引结点中有7个地址项，其中4个地址项是直接地址索引，2个地址项是一级间接地址索引， 1个地址项是二级间接地址索引，每个地址项大小为4B, 若磁盘索引块和磁盘数据块大小均为256B, 则 可表示的单个文件最大长度是()。
A.33KB B.519KB C.1057KB D.1651KB
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正确答案：C
每个磁盘索引块和磁盘数据块大小均为 256B，每个磁盘索引块有 256/4=64 个地址项。
因 此，4 个直接地址索引指向的数据块大小为 4×256B;2 个一级间接索引包含的直接地址索引数 为 2×(256/4)，即其指向的数据块大小为 2×(256/4)×256B。
1 个二级间接索引所包含的直接地址 索引数为 (256/4)×(256/4)，即其所指向的数据块大小为 (256/4)×(256/4)×256B。
即 7 个地址项所 指向的数据块总大小为 4×256+2×(256/4)×256+(256/4)×(256/4)×256=1082368B=1057KB。
设文件 F1 的当前引用计数值为1,先建立 F1 的符号链接(软链接)文件 F2, 再建立 F1 的硬链 接文件 F3, 然后删除 F1。此时，F2 和 F3 的引用计数值分别是
A.0 、1
B.1 、1
C.1 、2
D.2 、1
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正确答案：B
符号链接 是一个单独的文件，创建时它的引用计数值为 1；建立 硬链接 时，源文件引用计数值加 1。删除文件时，删除操作 对于符号链接是不可见的，这并不影响文件系统，当以后再通过符号链接访问时，发现文件不存在，直接删除符号链接；但对于硬链接则不可以直接删除，引用计数值减 1, 若值不为 0, 则不能删除此文件，因为还有其他硬链接指向此文件。当建立 F2 时，Fl 和 F2 的引用计数值都为 1。当再建立 F3 时，Fl 和 F3 的引用计数值就都变成了 2。当后来删除 Fl 时，F3 的引用计数值为 2-1 = 1, F2 的引用计数值 一直不变。
（本题满分 8 分）文件系统的目录项包括文件名和索引节点号。磁盘包含索引节点表、位图、目录、文件数据等元数据。若盘块大小为 4 KB，盘块号占 4 B，索引节点表存放了系统的所有文件，从 0 开始编号，存放在盘块号 100 开始连续的 4096 个盘块中。索引节点占用 128 B，包含直接地址项 5 个，一级间接地址项、二级间接地址项、三级间接地址项各 1 个。磁盘位示图和索引节点位示图分别记录磁盘和索引节点的使用情况，0 表示未使用，1 表示已使用。其中目录结构图与文件的索引节点表如下所示（此处假定图中信息已给出），file 文件占 30 KB。
（1）file 的索引节点所在的盘块号是多少？若 file 的索引节点已经读取到内存，要访问 file 文件中偏移地址 21460 的一个字节数据，则最多需要读多少个盘块？如果文件系统中有足够的磁盘空间，则最多可以存放多少个文件？（3 分）
（2）如果要删除目录 dir1，则需要对元数据进行哪些操作？（5 分）
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【答案】
（1）
文件的索引节点所在盘块号：盘块大小为 4 KB，索引节点占用 128 B，每个盘块可存放4096÷128=32个索引节点。索引节点表从盘块号 100 开始，连续占用 4096 个盘块，索引节点从 0 开始编号。对于索引节点号 1000，块内偏移为1000÷32=31（余 8），因此 盘块号为100+31=131。
访问偏移地址 21460 的一个字节最多需要读的盘块数：盘块大小为 4 KB，逻辑块号为⌊21460÷4096⌋=5，块内偏移为21460mod4096=980。索引节点有 5 个直接地址项（对应逻辑块号 0～4），逻辑块号 5 需通过一级间接地址项访问。索引节点已在内存，但一级间接块需从磁盘读取，再读取数据块，因此 最多需要读 2 个盘块（一级间接块和数据块）。
最多可存放的文件数：索引节点表占用 4096 个盘块，每个盘块含 32 个索引节点，因此索引节点总数为4096×32=131072。每个文件（含目录）占用一个索引节点，故 最多可存放 131072 个文件。
（2）删除目录 dir1（非空）需递归删除其下文件 file，再删除自身，对元数据的操作包括：
删除文件 file：- 根据 file 的索引节点（节点号 1000）释放其占用的所有数据块（包括直接块、间接块及间接块本身），在磁盘位示图中将对应位清零。
在索引节点位示图中将节点 1000 对应位清零。
修改 dir1 的目录数据块，删除 file 的目录项。
删除目录 dir1：- 释放 dir1 目录文件占用的数据块（存放目录项的数据块），在磁盘位示图中将对应位清零。
在索引节点位示图中将 dir1 的索引节点（节点号 201）对应位清零。
修改父目录 dir 的目录数据块，删除 dir1 的目录项。
某文件系统为一级目录结构，文件的数据一次性写入磁盘，已写入的文件不可修改，但可多次创建新文件。请回答如下问题∶
(1) 在连续、链式、索引二种文件的数据块组织方式中。哪种更合适？要求说明理由。为定位文件数据块，需要在 FCB 中设计哪些相关描述字段？
(2) 为快速找到文件，对于 FCB，是集中存储好，还是与对应的文件数据块连续存储好？要求说明理由。
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1）在磁盘中连续存放（采取连续结构），磁盘寻道时间更短，文件随机访问效率更高；在 FCB 中加入的字段为：<起始块号，块数> 或者 <起始块号，结束块号>。
2）将所有的 FCB 集中存放，文件数据集中存放。这样在随机查找文件名时，只需访问 FCB 对应的块，可减少磁头移动和磁盘 I/O 访问次数。
某文件系统空间的最大容量为 4TB（1TB=240 B），以磁盘块为基本分配单位。磁盘块大小为 1KB。文件控制块 (FCB) 包含一个 512B 的索引表区。请回答下列问题。
(1) 假设索引表区仅采用直接索引结构，索引表区存放文件占用的磁盘块号，索引表项中块号最少占多少字节？可支持的单个文件最大长度是多少字节？
(2) 假设索引表区采用如下结构：第 0～7 字节采用 <起始块号，块数> 格式表示文件创建时预分配的连续存储空间，其中起始块号占 6B，块数占 2B；剩余 504 字节采用直接索引结构，一个索引项占 6B，那么可支持的单个文件最大长度是多少字节？为了使单个文件的长度达到最大，请指出起始块号和块数分别所占字节数的合理值并说明理由。
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1）文件系统中所能容纳的磁盘块总数为 4TB/1KB=2³²。要完全表示所有磁盘块，索引项中的块号最少要占 32/8=4B。而索引表区仅采用直接索引结构，故 512B 的索引表区能容纳512B/4B=128 个索引项。每个索引项对应一个磁盘块，所以该系统可支持的单个文件最大长度是 128×1KB=128KB.
2）这里的考查的分配方式不同于我们所熟悉的三种经典分配方式，但是题目中给出了详细的解释，这个小问采用 混合索引的方式。所求的单个文件最大长度一共包含两部分：预分配的连续空间和直接索引区。连续区块数占 2B，共可以表示 2¹⁶ 个磁盘块，即 2²⁶B。直接索引区共 504B/6B=84 个索引项。所以该系统可支持的单个文件最大长度是 2²⁶B+84KB。为了使单个文件的长度达到最大，应使连续区的块数字段表示的空间大小尽可能接近系统最大容量 4TB。分别设起始块号和块数分别占 4B，这样起始块号可以寻址的范围是 2³² 个磁盘块，共 4TB，即整个系统空间。同样，块数字段可以表示最多 2³² 个磁盘块，共 4TB。
(8分)文件F 由200条记录组成，记录从1开始编号。用户打开文件后，欲将内存中的一条记录插 入文件F 中，作为其第30条记录。请回答下列问题，并说明理由。
(1)若文件系统采用连续分配方式，每个磁盘块存放一条记录，文件F 存储区域前后均有足够的空闲磁盘 空间，则完成上述插入操作最少需要访问多少次磁盘块? F 的文件控制块内容会发生哪些改变?
(2)若文件系统采用链接分配方式，每个磁盘块存放一条记录和一个链接指针，则完成上述插入操作需要 访问多少次磁盘块?若每个存储块大小为1KB, 其中4B存放链接指针，则该文件系统支持的文件最大长 度是多少?
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1）系统采用顺序分配方式时，插入记录需要移动其他的记录块，整个文件共有 200 条记录，要插入新记录作为第 30 条，而存储区前后均有足够的磁盘空间，且要求最少的访问存储块数，则要把文件前 29 条记录前移，若算访盘次数移动一条记录读出和存回磁盘各是一次访盘，29 条记录共访盘 58 次，存回第 30 条记录访盘 1 次，共访盘 59 次。（1 分）
F 的文件控制区的起始块号和文件长度的内容会因此改变。（1 分）
2）文件系统采用链接分配方式时，插入记录并不用移动其他记录，只需找到相应的记录，修改指针即可。插入的记录为其第 30 条记录，那么需要找到文件系统的第 29 块，一共需要访盘 29 次，然后把第 29 块的下块地址部分赋给新块，把新块存回内存会访盘 1 次，然后修改内存中第 29 块的下块地址字段，再存回磁盘（1 分），一共访盘 31 次。（1 分）
4 字节共 32 位，可以寻址 2^32=4G 块存储块，每块的大小为 1KB，即 1024B，其中下块地址部分占 4B，数据部分占 1020B，那么该系统的文件最大长度是 4G×1020B=4080GB。（2 分）
【评分说明】①第 1 小题的第 2 小问，若答案中不包含文件的起始地址和文件大小，则不给分。 ②若按 1024×232B=4096GB 计算最大长度，给 1 分。
某文件系统采用索引节点存放文件的属性和地址信息，簇大小为 4KB。每个文件索引节点占 64B，有 11 个地址项，其中直接地址项 8 个，一级、二级和三级间接地址项各 1 个，每个地址项长度为 4B。请回答下列问题。
(1) 该文件系统能支持的最大文件长度是多少？（给出计算表达式即可）
(2) 文件系统用 1M（1M=220）个簇存放文件索引节点，用 512M 个簇存放文件数据。若一个图像文件的大小为 5600B，则该文件系统最多能存放多少个这样的图像文件？
(3) 若文件 F1 的大小为 6KB，文件 F2 的大小为 40KB，则该文件系统获取 F1 和 F2 最后一个簇的簇号需要的时间是否相同？为什么？
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1）簇大小为 4KB，每个地址项长度为 4B，故每簇有 4KB/4B = 1024 个地址项。最大文件的物理块数可达8+1×1024+1×10242+1×10243，每个物理块（簇）大小为 4KB，故最大文件长度为(8+1×1024+1×10242+1×10243)×4KB=32KB+4MB+4GB+4TB。
2）文件索引节点总个数为 1M×4KB/64B=64M，5600B 的文件占 2 个簇，512M 个簇可存放的文件总个数为 512M/2=256M。可表示的文件总个数受限于文件索引节点总个数，故能存储 64M 个大小为 5600B 的图像文件。
3）文件 F1 的大小为6KB<4KB×8=32KB，故获取文件 F1 的最后一个簇的簇号只需要访问索引节点的直接地址项。文件 F2 的大小为 40KB，4KB×8<40KB<4KB×8+4KB×1024，故获取 F2 的最后一个簇的簇号还需要读一级索引表。综上，需要的时间不相同。