一　檔案和檔案系統

　　　　檔案管理：把所管理的程式和資料組織成一系列的檔案，並能進行合理的儲存、使用等操作。　　　　

　　　　　1 基本概念　　　　　

　　　　　　資料項：描述物件某種屬性的字符集；是資料組織中可以命名的最小邏輯資料單位。
　　　　　　記錄：一組相關資料項集合，描述物件某方面的屬性；
　　　　　　關鍵字：一個記錄中的一個或幾個資料項的集合，用於唯一的標識一個記錄。
　　　　　　檔案：由建立者定義的、具有檔名的一組相關元素的集合。
　　　　　　有結構：由相關記錄組成
　　　　　　無結構：字元流的形式
　　　　　　屬性：型別、長度、物理位置、建立時間

　　　　　２檔案型別　　

　　　　　　按用途：系統、使用者、庫檔案
　　　　　　按資料形式：原始檔、目標檔案、可執行檔案
　　　　　　按存取控制屬性：只執行、只讀、讀寫
　　　　　　按組織和處理方式：普通檔案、目錄檔案、特殊（裝置）檔案

　　　　　３.檔案系統模型

　　　　　４　　檔案操作

　　　　　最基本的操作
　　　　　　建立/刪除檔案：分空間，形成FCB及目錄（名，地址）
　　　　　　讀、寫：按名檢索目錄，找到檔案地址，開始讀、寫
　　　　　　置檔案讀寫位置，實現隨機存取（尤其適用於記錄檔案）

　　　　　還需要：“開啟”與“關閉”：
　　　　　　檔案讀/寫操作 = 檢索 + 讀/寫。
　　　　　　每次讀寫前都要重複檢索增大開銷。所以為了方便對同一檔案的多次讀寫，一次檢索到檔案後就在記憶體中記錄其位置，避免重複檢索。被記錄下位置的檔案就是“開啟”檔案；
不需要再操作檔案時，通過“關閉”這個系統呼叫關閉檔案——即從開啟檔案表上刪除其路徑資訊即可。
　　　　　　其他操作：改名、改所屬使用者、改訪問許可權等屬性的操作。

　　二　檔案的邏輯結構

　　　　１　檔案邏輯結構型別：

　　　　有結構檔案（記錄式）
　　　　　①定長記錄
　　　　　②變長記錄
　　　　如何組織記錄：
　　　　　順序檔案。系統需按該型別記錄“長度”，通常定長。
　　　　　索引檔案。系統需為檔案建立索引表。
　　　　　索引順序檔案。建索引表，記錄每組記錄的第一個記錄位置。
　　　　無結構檔案（字元流式）
　　　　　位元組為單位，利用讀寫指標依次訪問。
　　　　　系統對該類檔案不需格式處理。

　　　２　順序檔案：

　　　　　兩種記錄排列方式
　　　　　串結構：按記錄形成的時間順序序列排序。記錄順序與關鍵字無關；
　　　　　順序結構：按關鍵字排序。
　　　　檢索方法：
　　　　　　從頭檢索，順序查詢要找的記錄，定長的計算相對快。
　　　　　　順序結構，可用折半查詢、插值查詢、跳步查詢等演算法提高效率

　　　　　順序檔案的優缺點：
　　　　　　　不方便隨機存取某條記錄，但適用批量存取的場合。
　　　　　　　適合磁帶等特殊介質。
　　　　　　　單記錄的查詢、修改等互動性差；增減不方便（改進辦法：把增刪改的記錄登記在一個事務檔案中，在某段時間間隔後再與原檔案合併更新）。

　　　　３索引檔案

　　　　　為了方便單個記錄的隨機存取，為檔案建立一個索引表，記錄每項記錄在檔案的邏輯地址及記錄長度；該索引表按關鍵字排序，。
　　　　索引表內容：
　　　　　　　索引號、長度、記錄地址指標
　　　　檢索效率
　　　　　索引表本身即是個按記錄鍵排序的定長順序檔案，所以能利用演算法提高索引表檢索速度

　　　　　一個索引檔案可以有多個索引表
　　　　　　為方便使用者根據不同記錄屬性檢索記錄，為順序檔案建立多個索引表，每種能成為檢索條件的域都配備一張索引表。
　　　　　索引檔案的優缺點
　　　　　　　適用於變長記錄，可提高檢索速度，實現直接存取
　　　　　　　索引表增加了儲存開銷

　　　　　４　索引順序檔案：

　　　　　既要方便，又要降低開銷
　　　　　本方式是最常見的一種邏輯檔案形式。
　　　　　　將順序檔案的所有記錄分組
　　　　　　還是建立索引表，但每個表項記錄的是每組第1條記錄的鍵值和地址。
　　　　　　組內記錄仍按順序方式檢索和使用。
　　　　　檢索一條記錄的過程：
　　　　　　先計算記錄是在第幾組，然後再檢索索引確定組在哪裡後，在組內順序查詢。
　　　　　可利用多級索引，進一步提高檢索效率。

　　　　　５　直接檔案：

　　　　　給定鍵值（如學號）不需順序檢索直接得到記錄的實體地址、

　　　　三　外存分配方式：　　

　　　　　　　目標：有效利用外存空間，提高檔案訪問速度
　　　　　　　　常用三種方式：
　　　　　　　　連續分配
　　　　　　　　連結分配（不連續）
　　　　　　　　索引分配
　　　　　　　　通常一個系統中僅採用一種方式
　　　　　　　採用的磁碟分配方式決定了檔案的“物理結構”
　　　　　　　　　順序結構；連結式結構；索引式結構。
　　　　　　　　　注意與邏輯結構名類似但不是一回事

　　　　　　缺點：
　　　　　　　會產生外存碎片。可緊湊法彌補，但需要額外的空間，和記憶體緊湊相比更花時間。
　　　　　　　建立檔案時要給出檔案大小；儲存空間利用率不高，不利於檔案的動態增加和修改；
　　　　　　　適用於變化不大順序訪問的檔案，在流行的UNIX系統中仍保留了連續檔案結構。如對換區

　　　　　　２　連線分配：

　　　　　　可以為每一個檔案分配一組不相鄰的盤塊。
　　　　　　設定連結指標，將同屬於一個檔案的多個離散盤塊連結成一個連結串列，這樣形成的檔案稱為連結檔案。會有連結成本。

　　　　　　　優點：

　　　　　　　離散分配，消除外部碎片，提高利用率
　　　　　　　同時適用於檔案的動態增長；修改容易

　　四　儲存空間管理：

　　　　　為實現儲存空間分配，系統需要：
　　　　　　記住空閒儲存空間使用情況；為空間設定相應的資料結構；
　　　　　　提供對儲存空間分配、回收的操作手段。
　　　　　典型的管理方法：
　　　　　　1）空閒表和空閒連結串列法
　　　　　　2）位示圖法
　　　　　　3）成組連結法

　　　　　1）空閒表法和空閒連結串列法

　　　　　常用於連續分配管理方式
　　　　　資料結構
　　　　　　系統為外存上的所有空閒區建立一張空閒表
　　　　　　每個空閒區對應一個空閒表項
　　　　　　　（表項包括序號、空閒區的第一個盤塊號、空閒盤塊數等。）
　　　　　　將所有空閒區按其起始盤塊號遞增的次序排列

　　　　　空閒連結串列法
　　　　　　　將所有空閒盤區拉成一條空閒鏈。
　　　　　　　資料結構：鏈
　　　　　　　　根據構成鏈所用基本元素的不同，可把連結串列分成兩種形式：
　　　　　　　　空閒盤塊鏈
　　　　　　　　空閒盤區鏈

　　　2）位示圖法——位示圖

　　　　利用二進位制的一位來表示一個盤塊的使用情況。
　　　　值為0表示對應的盤塊空閒，為1表示已分配。有的系統則相反。
　　　　磁碟上的所有盤塊都有一個二進位制位與之對應，這樣由所有盤塊所對應的位構成一個集合，稱為位示圖。
　　　　總塊數=m*n。可用m*n個位數來構成位示圖，可看成是二維陣列（資料結構）

　　　　3）成組連結法

　　　中心思想：
　　　所有盤塊按規定大小劃分為組；
　　　組間建立連結；
　　　組內的盤塊藉助一個系統棧可快速處理，且支援離散分配回收。