儲存空間的管理
1.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。
2.典型的管理方法：
2.1空閒表和空閒連結串列法
空閒表法（常用於連續分配管理方式）：
1）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，如右圖。
2）儲存空間的分配與回收操作
 與記憶體的動態分配類似，同樣可採用首次適應演算法、迴圈首次適應演算法等。
 回收主要解決對資料結構的資料修改。
 應該說明，雖然很少採用連續分配方式，然而在外存的管理中，由於它具有較高的分配速度，可減少訪問磁碟的I/O頻率，故它在諸多分配方式中仍佔有一席之地。（如實現虛擬用的部分外存就是連續分配方式）
空閒連結串列法（將所有空閒盤區拉成一條空閒鏈）：
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：
1）空閒盤塊鏈
 將磁碟上的所有空閒空間，以盤塊為單位拉成一條鏈。
 因建立檔案而請求分配空間時，系統從鏈首依次摘下適當數目的空閒盤塊分配給使用者。
 因刪除檔案而釋放儲存空間時，系統將回收的盤塊依次插入空閒盤塊鏈的末尾。
 優點：分配和回收一個盤塊的過程非常簡單，但為一個檔案分配盤塊時，可能要重複操作多次。
 特點：分配回收簡單。連結串列長，大量分配時需要操作的指標多。
2）空閒盤區鏈
將所有空閒盤區拉成一條鏈。每個盤區上含有：
指示下一空閒盤區的指標、本盤區大小等資訊
 分配通常採用首次適應演算法。回收盤區時，將回收區與相鄰的空閒盤區相合並。
為提高檢索速度，可以採用顯式方法，為空閒盤區建立一張連結串列放在記憶體中。
 分配、回收操作涉及的鏈式資料結構的處理方便
 特點：連結串列長度不定，分配時操作的指標數量相對較少，但分配回收操作相對複雜。
2.2位示圖法——位示圖
1）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。
2）總塊數=mn。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）。
盤塊的分配與回收
 根據位示圖進行盤塊分配：
a）順序掃描位示圖。找到為0的二進位制位。
b）將所找到的一個或一組二進位制位，轉換成與之對應的盤塊號。進行分配操作。
盤塊號計算公式為：盤塊號=列總數*（i-1）+ j;（注意下標i，j從1開始）
c）修改位示圖。
 根據位示圖進行盤塊回收：
a）將回收盤塊的盤塊號轉換成位示圖中的行號和列號。轉換公式為：i=(盤塊號-1)div列數+1；j=(盤塊號-1)mod列數+1
Div 求商，mod 取餘，公式中的i、j都是從1開始的（如12號盤塊轉換後為1，12）
 修改位示圖。
 優點：從位示圖中很容易找到一個或一組相鄰接的空閒盤塊。
 但限於容量問題，常用於微型機和小型機中。
3）成組連結法
 大型檔案系統，空閒表或空閒連結串列太長不方便管理操作。
 UNIX系統中採用成組連結法，這是將兩種方法結合而形成的一種空閒盤塊管理方法。
 中心思想：
a）所有盤塊按規定大小劃分為組；
b）組間建立連結；
c）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。
 連結串列長度上限固定
 組內的盤塊藉助一個系統棧可快速處理，且分配回收比較簡單。
 支援離散分配回收。
2.2.1空閒盤塊的組織
 空閒盤塊號棧。
a）用來存放當前可用的一組空閒盤塊的盤塊號（最多含100個號）
b）棧中尚有的空閒盤塊號數N。（N兼具棧頂指標用。棧底為S.free(0)，棧滿時棧頂到達S.free(99)，N=100，表示有100個盤塊供使用。
 連結
a）每一組的第一個盤塊記錄下一組的盤塊號，形成了一條鏈。
b）總將鏈的第一組盤塊總數和所有的盤塊號，記入棧，作為當前可供分配的空閒盤塊號。
2.2.2空閒盤塊的分配與回收
 分配盤塊時，須呼叫分配過程來完成。
a）先檢查空閒盤塊號棧是否上鎖，如沒有，便從棧頂取出一空閒盤塊號，將與之對應的盤塊分配給使用者，然後將棧頂指標下移一格。
b）若該盤塊號已是棧底，即S.free(0)，到達當前棧中最後一個可供分配的盤塊號。
c）讀取該盤塊號所對應的盤塊中的資訊：即下一組可用的盤塊號入棧。
d）原棧底盤塊分配出去。修改棧中的空閒盤塊數。
 回收
a）回收盤塊號記入棧頂，空閒數N加1
b）N達到100時，若再回收一塊，則將該100條資訊填寫入新回收塊。
3.磁碟
3.1 磁碟容錯（SFT，system fault tolerance）
3.1.1 防止磁碟故障造成的檔案不安全
3.1.2 SFT I:磁碟表面故障
1）雙目錄、雙檔案分配表（空間冗餘）
2）寫後讀校驗、熱修復重定向（時間操作冗餘）
 寫入磁碟後再讀回記憶體做一致性校驗
 熱修復寫過程：從壞道重定向到專區並記錄
3.1.3 SFT II：磁碟驅動器、控制器故障
1）驅動器故障：磁碟映象
2）控制器故障：磁碟雙工——並行控制器，分離搜尋加快讀取
3.1.4 SFT III：高階容錯技術
1）雙機熱備份
2）雙機互備份
3）公用磁碟模式
3.2資料一致性
一個數據分別儲存到多個檔案中，典型的如資料庫
3.2.1保證資料一致性：
高可靠儲存器（冗餘保證穩定，磁碟雙工）+ 一致性軟體
3.2.2 概念
 事務：對資料各處儲存位置訪問、修改使其維持一致性的一次操作。
 事務記錄：記錄事務執行時資料項修改全部資訊的資料結構：事務名、資料項名、舊值、新值。
 恢復演算法：利用事務記錄表處理已完成、未完成事務。
 檢查點：每隔一段時間，將記憶體中的事務記錄表、已修改資料、檢查點輸出到穩定儲存器，
3.2.3併發控制
3.2.4重複資料的一致性
3.3磁碟提速
3.3.1磁碟快取記憶體
3.3.2提前讀
3.3.3延遲寫
3.3.4優化物理塊分佈
3.3.5虛擬盤
3.3.6磁碟冗餘陣列（高速、大容量磁碟系統）