5.1 文件与文件系统
文件是操作系统中"最大众脸"的抽象：一段有名字的数据。
- 文件——具有符号名（文件名）的、存放在外存上的相关信息的集合。操作系统的角度看，设备也是文件（Unix"一切皆文件"的思想）。
- 文件系统——负责文件的按名存取、目录组织、存储分配与保护的一整套软件机制。
- 文件的逻辑结构（用户看到的）：
- 流式文件——一段字节流，没有内部结构（文本、可执行文件）。
- 记录式文件——由一条条记录组成，按记录读写（数据库文件的底层形态）。
5.2 物理结构：文件在磁盘上怎么存放
三种方式一张表，考试就问优缺点。
| 方式 | 怎么存 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 顺序（连续） | 文件占用连续的磁盘块 | 读写最快（一次寻道就能顺序读） | 难扩展（后面没空位就得挪窝）、易产生外部碎片 |
| 链接 | 每块存一个指针，指向下一块（离散分布） | 易扩展、无外部碎片 | 只能顺藤摸瓜顺序访问，指针占空间；断链即丢数据 |
| 索引 | 为文件建一张索引表，记每块在哪 | 支持直接（随机）访问，易扩展 | 索引表本身占额外空间 |
记忆抓手
- 顺序 = 连排座；链接 = 每人手里攥着下个人的纸条；索引 = 一张"座位表"。
- 要随机访问（直接跳到第 n 块），顺序和索引都行，链接不行。
课堂练习（2 题）
- 哪种物理结构最适合"经常随机读写、大小会变化"的文件？ 答：索引结构（支持直接访问又便于扩展）。
- 链接结构的最大缺点是什么？ 答：只能顺序访问（必须从第一块顺着指针找下去），且指针本身占用空间。
5.3 目录结构：从按名存取到树形目录
"绝对路径/相对路径"、树形目录是送分题。
- 树形目录——目录像一棵倒过来的树：根目录 → 各级子目录 → 文件。解决了"重名"问题（不同目录可以同名文件）。
- 绝对路径——从根目录写起：
D:\study\os\notes.txt、/home/user/a.txt。 - 相对路径——从当前目录写起：
./notes.txt、../images/pic.png（..表示上一级）。 - 文件控制块（FCB）——目录项的本质：文件名 + 存放位置 + 大小 + 权限等属性。 Linux 类系统中演变出 inode（索引节点）：把属性单独存，目录项里只留"文件名 + inode 号"，检索更快。
课堂练习（2 题）
- 树形目录结构解决了什么问题？ 答：不同用户/目录下文件重名的问题（同名文件可以共存于不同目录），并便于分类管理。
- 路径 "..\docs\a.txt" 里的 ".." 表示什么？ 答：当前目录的上一级目录（相对路径的写法）。
5.4 存储空间管理：位示图计算 ★
给位示图算块号（或反过来），是文件管理里唯一的计算题。
位示图：用若干字节的存储区，每一位对应磁盘上的一个块——0 表示空闲，1 表示已占用。 好比一张巨大的"座位表"，一个格子对应一个座位。
位示图的组织：按"字"（如一个字 32 位）排列，每个字覆盖 32 个块
换算公式（最常用的两个）：
已知块号 i（从 0 开始编号）：
字号 N = i ÷ 字长 （第几个字）
位号 b = i % 字长 （字内第几位，从 0 开始）
已知字号 N、位号 b：
块号 i = N × 字长 + b
例题：手把手算
位示图字长 32 位。求：① 磁盘共 16384 个块，位示图需要多少个字？② 块号 100 对应第几个字的第几位？
① 16384 ÷ 32 = 512 个字 ② 字号 = 100 ÷ 32 = 3（整除商 3，即第 4 个字） 位号 = 100 − 3×32 = 4（第 5 位） 答：第 3 号字的第 4 位（都从 0 开始数） 反向验证：3×32 + 4 = 100 ✓
易错
- 题目若规定"从 1 开始编号"，所有结果 +1——做题前先看清题目约定，这是本考点唯一陷阱。
- 位示图一位只表示一个块的忙闲，不要和"块大小"混淆。
其他空闲空间管理方法（知道名字即可）：空闲区表、空闲块链（成组链接法）。
课堂练习（2 题）
- 字长 16 位，位示图共 64 个字，磁盘共有多少块？ 答：64 × 16 = 1024 块。
- 字长 32 位、从 0 编号：块号 70 在第几个字的第几位？ 答：字号 70÷32=2；位号 70−64=6。第 2 号字第 6 位。