OS复习——文件系统习题

OS复习——文件系统习题

1. 在文件系统中，访问一个文件 f 时首先需要从目录中找到与 f 对应的目录项。已知文件系统数据块大小为 1KB，一个目录项的大小为 128 字节，文件平均大小为 100KB。该文件系统的目录结构如图所示。不考虑磁盘块的提前读和缓存等加速文件读写的技术， 请回答以下问题：

（1）如果采用串联文件实现，同时文件属性直接存储在目录项中，并且根目录的目录项已读入内存中。访问第三级目录下的一个文件中的一个块平均需要访问几次磁盘？

（2）如果采用索引文件实现，目录项中仅存储文件名和 i 节点指针，其中文件名占 14 个字节，i 节点指针占 2 个字节。如果仅采用直接索引，每个第三级目录下的文件数不超过 50 个，且根目录的 i 节点已读入内存，访问第三级目录下的一个文件的一个块平均需要访问几次磁盘？

（3）假设该文件系统所管理的磁盘空间为16ZB(1ZB=2^70B)。如果inode中包括512字节的索引区，且允许采用一级间接索引进行组织，那么该文件系统支持的最大文件是多少字节？

（1）由图中可知，第三级目录位于/usr2下面。

1. 根目录的目录已在内存，因此可以直接读取到对应usr2的目录项，进而需要访问磁盘读取usr2目录的内容（即对应d0-d127的目录项）。一个磁盘块可以放2 ^ 10/(2^7)=8个目录项，所以读取全部d0-d127的目录项需要访问128/8=16次磁盘，平均需要访问(1+16)/2=8.5次磁盘。

2. 进一步，需要读取第三级目录的内容（即对应目标文件f的目录项），因为题目未给出第三级目录下有多少文件，因此可按1次从磁盘中读出对应f的目录项来计算。

3. 文件占用的磁盘块数为：100/1=100块，按照串联方式进行组织，访问一个块平均需要访问磁盘(1+100)/2=50.5次。

   ​ 因此，访问第三级目录下的一个文件的一个块平均需要访问磁盘 8.5+1+50.5=60 次。

（2）由图中可知，第三级目录位于usr2下面。一个目录项占16个字节，因此一个磁盘块可以放2 ^ 10/2 ^ 4=2^6=64 个目录项。

1. 读取根目录的内容需读取1次磁盘：根目录inode已在内存中，根目录下只有3个目录项，可以1次读取。

2. 读取usr2的inode需读取1次磁盘：从对应usr2的目录项中可获得usr2的inode号，进而通过读取磁盘可获得usr2的inode。

3. 读取usr2目录的内容（即对应d0-d127的目录项）需读取1.5次磁盘：读取整个第三级目录所对应的目录项需要访问磁盘128/64=2次，因此平均需要读取(1+2)/2=1.5次。

4. 读取第三级目录的inode需读取1次磁盘。

5. 读取第三级目录的内容需读取1次磁盘：由于第三级目录下的文件不超过50个，因此读取1次磁盘即可将对应全部文件的目录项读出。

6. 读取文件的inode需要读取1次磁盘。

7. 读取文件的1个块需要读取1次磁盘：由于采用直接索引，故根据inode可直接读取磁盘上文件的一个块。

   ​ 综上，访问第三级目录下一个文件的一个块平均需要 1+1+1.5+1+1+1+1=7.5 次磁盘。

（3）文件系统管理的数据块数为16*2 ^ 70/2 ^ 10=2^64。为表示这些磁盘块，需要64/8=8个字节。因此索引区可存放512/8=64个磁盘块号。

​ 因此，在采用一级索引的情况下，支持的最大文件为64 * 1K/8 * 1KB=64 * 128 * 1KB= 8MB。

2. 某文件系统以硬盘作为文件存储器，物理块大小为512B。有文件A包括590个逻辑记录，每个记录占255B，每个物理块存2个记录。文件A在该文件目录中的位置如图所示。每个目录项占127B，每个物理块存放4个目录项。根目录内容常驻内存，其他目录不在内存中。

（1）若文件系统采用链接分配方式（即串联文件），如果要将文件A读入内存，至少要存取几次硬盘？

（2）若文件系统采用连续分配方式，如果要读取逻辑记录号为480的记录，至少要存取几次硬盘？

（1）采用链接分配：由于根目录内容已在内存中，所以可以根据第二级目录名找到存取第二级目录内容的数据块，因为第二级目录有5个目录项，所以读取第二级目录内容需要存取1次或2次硬盘；读取了第二级目录内容后，获得了第三级目录内容所在的物理块号，因为第三级目录只有1个目录项，所以读取第三级目录内容只需要存取1次硬盘；读取了第三级目录后，获得了文件A所在的物理块号，因为A有590条记录，所以要将文件A读入内存，还需要存取295次硬盘。所以至少存取297次硬盘，至多存取298次硬盘。

（2）采用连续分配方式：知道第一块的物理块号就可直接计算出480记录所在的块。一个块可放两个记录，因此480记录放在第240磁盘块。最少需要1+1+1=3次；最多需要1+2+1=4次。

3. 在采用索引的文件系统中，已知索引节点中可设置10个直接索引，1个一次间接索引，1个二次间接索引。文件块大小为s字节，文件块号为t字节。这个文件系统支持的最大文件是多大？

​ 10个直接索引能够索引10块数据；1个一次间接索引能够索引的数据块的数量为s/t；一个二次间接索引能够索引的数据块的数量为(s/t) * (s/t)。因此文件最大为(10+s/t+s ^ 2/t^2) * s。

接索引能够索引的数据块的数量为(s/t) * (s/t)。因此文件最大为(10+s/t+s ^ 2/t^2) * s。

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