A. 操作系统-文件系统
人们对信息有存储的需求，早期计算机信息在保存在纸带上，存和读都不方便，且容量很低，而存储信息的需求未能得到满足，到了磁盘存储器的出现，对程序和数据等信息的管理的发展才得到质的飞跃。出现文件系统是需要把信息以一种单元，即文件的形式，存储在磁盘或其它外部存储介质上，导致了文件系统的出现。 文件系统是操作系统中统一管理信息资源的一种软件。它管理文件的存储、检索、更新、提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。从用户的角度看，文件系统负责为用户建立文件、读写文件、修改文件、复制文件和撤销文件等，还能对文件按名存取。 文件是一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列，这里的标识就是文件名，”信息项“构成了文件的内容。 外存是相对内存而言，主要用来存储信息，其特点是断电后仍可保存信息，容量大，速度较慢，成本较低等 外存储设备通常由驱动部分和存储介质两部分组成，存储介质又常被卷。 存储介质有：磁带、磁盘、光盘、闪存 其中磁带是顺序存储，只能读了前面磁带的内容才能读后面，存取都一样，不能跳着读取，因此磁带适合存储不经常变化的内容，比如放歌。 磁盘支持随机读取，磁盘由带有读写磁头的机械臂和磁盘组成，磁盘像光盘，上面有磁性材料。系统对磁盘初始化时，会划分出一些同心圆，称为磁道，信息只能存储在磁道上，磁道分会被分成多个弧段，称为扇区，每个磁道有4-32个扇区。使用时，驱动器的马达带去磁盘高速匀速旋转，磁头一直停留在盘面表面上方并可以在不同磁道移动，当找到目标磁道时，碰头不动，磁盘依然转动，这时经过磁头的信息就被读出来可写进去。 光盘是激光作用下材料变化的非磁记录介质。 闪存是电荷擦除，支持随机存取，没有机械运动部件，寿命和可靠性高。 文件可以从不同的维度来进行分类： 按用途的方式分类： 按文件组织形式分类： 文件逻辑结构就是用户所看到的文件组织形式，文件逻辑结构是经过抽象的结构，所描述的是文件中信息组织形式。按逻辑结构可以把文件划分成三类：无结构的字符流式文件（由字节组成）、定长记录文件和不定长记录文件（由记录组成）； 文件的物理结构是指文件存储在外储设备上的结构，有三种存储结构：顺序存储、链式存储、索引存储； 顺序存储：文件存在连续的空间上，只要知道到起始地址和长度就可以读取文件。 优点：支持随机存取、 缺点：不支持动态扩充，容易产生碎片。 链式存储：文件存在不连续的物理块中，文件控制块保存第一个物理块的指针，之后每个物理块都有一个指针指向下一个物理块地址，如FAT文件系统 优点：可以动态扩充，提高磁盘利用空间；修改添加快。 缺点： 1.可靠性低。若其中某个物理块出错会导致后面全部块读取不到。 2.存取速度慢，不适于随机存取文件，需要从首个物理块一直读取到物理块； 索引存储：使用一张表来存储索引，每个索引指向逻辑文件的信息块。 优点：可以动态扩充，支持随机存取； 缺点：较多的寻道次数和寻道时间；索引表本身增加了存储空间的开销。 文件目录主要是用途是为了管理和索引文件，其结构简单说是一张表，表中存储着文件名、文件控制块、物理地址，通过文件名可以快速的读取到对应的文件。 一级目录是一张线性表，优点是：结构简单、实现简单；缺点：无法解决不同用户的文件名相同；文件多时查找慢。 二级目录是分为主目录和用户目录，主目录给出所有用户目录所在物理位置； 而用户目录则给出所有文件的FCB;优点：不同用户文件可以重名、查找速度比一级目录快、能实现文件共享 多级目录（树形目录）除了最低一级物理块装有文件信息外，其它每一级的目录存储的都是下一级的目录或文件说明信息，多级目录存在唯一的概目录。优点是层次清楚、解决文件重名问题、查找速度快。 目录是指文件路径。 目录项是是文件控制块以一条记录的形式存储在目录文件中。 目录文件是多个文件控制块集中在一起形成的文件。 参考：《操作系统》机械工业出版社 2017年版
B. 简述计算机三级存储体系结构
在计算机系统中存储层次可分为高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器三级。高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处理器的速度匹配问题。辅助存储器用于扩大存储空间。
1、高速缓冲存储器
存在于主存与CPU之间的一级存储器， 由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。
2、主存储器（Main memory）
计算机硬件的一个重要部件，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。现代计算机是为了提高性能，又能兼顾合理的造价，往往采用多级存储体系。即由存储容量小，存取速度高的高速缓冲存储器，存储容量和存取速度适中的主存储器是必不可少的。
主存储器是按地址存放信息的，存取速度一般与地址无关。32位（比特）的地址最大能表达4GB的存储器地址。这对多数应用已经足够，但对于某些特大运算量的应用和特大型数据库已显得不够，从而对64位结构提出需求。
3、外储存器
辅助存储器又称外存储器（简称外存）。指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。
(2)文件在磁带上能组成什么结构扩展阅读
计算机的主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大和成本低的要求，在计算机中必须有速度由慢到快、容量由大到小的多级层次存储器，以最优的控制调度算法和合理的成本，构成具有性能可接受的存储系统。存储系统的性能在计算机中的地位日趋重要，主要原因是：
1、冯诺伊曼体系结构是建筑在存储程序概念的基础上，访存操作约占中央处理器（CPU）时间的70%左右。
2、存储管理与组织的好坏影响到整机效率。
3、现代的信息处理，如图像处理、数据库、知识库、语音识别、多媒体等对存储系统的要求很高。
C. 存放在磁带上的文件只能组成什么文件
顺序。磁带是一种典型的顺序存储设备，把磁带作为文件存储介质时，文件只能组织成顺序文件，磁带文件适合于文件的数据量甚大，平时记录变化少，只作批量修改的情况。
D. 文件的逻辑结构和物理结构各有哪些基本形式
逻辑结构：指一个文件在用户面前所呈现的形式.物理结构：指文件在文件存储器上的存储形式.逻辑结构有两种形式：①记录式文件(有结构式文件).②字符流式文件（无结构式文件）,也称流式文件.物理结构：所谓文件系统的物理结构是指数据存放在硬盘上时硬盘磁粉的排列形状.物理结构的形式：①连续文件结构②串联文件结构③索引文件结构④散列文件结构.
E. 操作系统对文件管理中文件在磁盘上是如何组织的
文件的逻辑组织 文件的逻辑组织通常分为两种形式，即有结构文件（记录文件）和无结构文件（字符流文件）。1）有结构文件又称作记录式文件，它在逻辑上可被看成一组连续记录的集合，即文件是由若干个相关的记录组成。每个记录是一组相关的数据集合，用于描述一个对象某个方面的属性。记录式文件按其记录的长度是否相同又可分为：定长记录文件和变长记录文件两种。（1）定长记录文件：指文件中所有记录的长度都相同。文件的长度可用记录的数目来表示。定长记录处理方便，开销小，被广泛用于数据处理中。（2）变长记录文件：指文件中各记录的长度不相同。在处理之前每个记录的长度是已知的。2）无结构文件无结构文件是指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组成的有序字符流，即流式文件，其长度直接按字节计算。如大量的源程序、可执行程序、库函数等采用的文件形式是无结构文件形式。在UNIX系统中，所有的普通文件都被看做是流式文件，系统不对文件进行格式处理。 ●常用的记录式结构有：连续结构、多重结构、转置结构和顺序结构。 ●常用的存取方法有顺序存取法、随机存取法（直接存取法）和按键存取法。 文件的物理组织 ●常用的文件物理结构有连续文件、串联文件和索引文件。 1）连续文件连续文件（又称做顺序文件）是基于磁带设备的最简单的物理文件结构，它是把一个逻辑上连续的文件信息存放在连续编号的物理块（或物理记录）中。连续文件的优点是在顺序存取时速度较快，常用于存放系统文件，如操作系统文件、编译程序文件和其它由系统提供的实用程序文件，因为这类文件往往被从头至尾依次存取。但连续文件也存在如下缺点：（1）要求建立文件时就确定它的长度，依此来分配相应的存储空间，这往往很难实现。（2）不便于文件的动态扩充。（3）可能出现外部碎片，就是在存储介质上存在很多空闲块，但它们都不连续，无法被连续的文件使用，从而造成浪费。 2）串联文件为克服连续文件的缺点，可把一个逻辑上连续的文件分散存放在不同的物理块中，这些物理块不要求连续，也不必规则排列。为了使系统能找到下一个逻辑块所在的物理块，可在各物理块中设立一个指针（称为连接字），它指示该文件的下一个物理块。串连文件克服了连续文件的缺点，但它又带来新的问题：（1）一般仅适于对信息的顺序访问，而不利于对文件的随机存取。（2）每个物理块上增加一个连接字，为信息管理添加了一些麻烦。 FAT格式通过把文件分配表（FAT，File Allocation Table ）放在一个内存表格中的方式加以克服串联文件的缺点。 3）索引文件 索引文件是实现非连续分配的另一种方案：系统为每个文件建立一个索引表。其中的表项指出存放该文件的各个物理块号，而整个索引表由文件说明项指出。这种结构除了具备串连文件的优点之外，还克服了它的缺点。它可以方便地进行随机存取。但是这种组织形式需要增加索引表带来的空间开销。如果这些表格仅放在盘上，那么在存取文件时首先得取出索引表，然后才能查表、得到物理块号。这样就至少增加了一次访盘操作，从而降低了存取文件的速度，加重了 I/O负担。一种改进办法是同时把索引表部分或全部地放人内存。这是以内存空间为代价来换取存取速度的改善。 树型目录结构树型目录结构可能是目录结构中，考的比较多的，考的也简单。
F. 简述三级存储体系与cpu之间是关系
最快的是CPU里的寄存器 其次是一级缓存和二级缓存 然后是内存储器（分为只读和随机，静态和动态） 最后是外存储器（硬盘光驱）等外存储器件简介文件在存储介质（如磁盘和磁带）上的实在组织方式称为文件的存储结构或物理结构，常见的有四种：顺序组织、索引组织、散列组织、和链组织。为了讨论文件的组织方式，先简单介绍磁带存储器和磁盘存储器的有关知识。磁带存储器把信息存储在磁带上，磁带机可以控制磁带前进，后退，磁带机上读写磁头可以读写磁带上的信息。磁带的运行情况类似以录音机上录音带的运行。见图7——5。磁带有不同的规格。目前使用的磁带一般有1/2英寸宽，最长可达3600英尺。1/2英寸的带在横向上可记录9位或7位二进制信息（分别称为9道带或7道带）。图7——6是一段9道磁带，横向每排9位二进制信息，其中8位组织成一个字节。另一位为奇偶校验位。磁带上的信息是以块为单位存放的。一个信息块由若干个字节构成，如512字节或1024字节，要读写某一块上信息，首先要定位，即通过磁带的移动使磁头对准磁块的前端，磁带不是连续运转的设备，而是一种启停设备。为适应启动时的加速和停止时的滑动，磁带上块与块之间隙。间隙通常为1/4–3/4英尺长。间隙是一段空白区，不存放数据信息。
G. 文件的物理结构有哪3种,分别具备什么优缺点
一、顺序结构
优点：
1、支持顺序存取和随机存取。
2、顺序存取速度快。
3、所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。
缺点：
1、需要为每个文件预留若干物理块以满足文件增长的部分需要。
2、不利于文件插入和删除。
二、链式结构
优点：
1、提高了磁盘空间利用率，不需要为每个文件预留物理块。
2、有利于文件插入和删除。
3、有利于文件动态扩充。
缺点：
1、存取速度慢，不适于随机存取。
2、当物理块间的连接指针出错时，数据丢失。
3、更多的寻道次数和寻道时间。
4、链接指针占用一定的空间，降低了空间利用率。
三、索引结构
优点：
1、不需要为每个文件预留物理块。
2、既能顺序存取，又能随机存取。
3、满足了文件动态增长、插入删除的要求。
缺点：
1、较多的寻道次数和寻道时间。
2、索引表本身带来了系统开销。如：内外存空间，存取时间等。
拓展资料：
文件存取方法：
顺序存取：顺序存取是按照文件的逻辑地址顺序存取。
固定长记录的顺序存取是十分简单的。读操作总是读出上一次读出的文件的下一个记录，同时，自动让文件记录读指针推进，以指向下一次要读出的记录位置。如果文件是可读可写的。再设置一个文件记录指针，它总指向下一次要写入记录的存放位置，执行写操作时，将一个记录写到文件 末端。允许对这种文件进行前跳或后退N（整数）个记录的操作。顺序存取主要用于磁带文件，但也适用于磁盘上的顺序文件。
可变长记录的顺序文件，每个记录的长度信息存放于记录前面一个单元中，它的存取操作分两步进行。读出时，根据读指针值先读出存放记录长度的单元 。然后，得到当前记录长后再把当前记录一起写到指针指向的记录位置，同时，调整写指针值 。
由于顺序文件是顺序存取的，可采用成组和分解操作来加速文件的输入输出。
直接存取（随机存取法）：
很多应用场合要求以任意次序直接读写某个记录。例如，航空订票系统，把特定航班的所有信息用航班号作标识，存放在某物理块中，用户预订某航班时，需要直接将该航班的信息取出。直接存取方法便适合于这类应用，它通常用于磁盘文件。
为了实现直接存取，一个文件可以看作由顺序编号的物理块组成的，这些块常常划成等长，作为定位和存取的一个最小单位，如一块为1024字节、4096字节，视系统和应用而定。于是用户可以请求读块22、然后，写块48，再读块9等等。直接存取文件对读或写块的次序没有限制。用户提供给操作系统的是相对块号，它是相对于文件开始位置的一个位移量，而绝对块号则由系统换算得到。
索引存取：
第三种类型的存取是基于索引文件的索引存取方法。由于文件中的记录不按它在文件中的位置，而按它的记录键来编址，所以，用户提供给操作系统记录键后就可查找到所需记录。通常记录按记录键的某种顺序存放，例如，按代表健的字母先后次序来排序。对于这种文件，除可采用按键存取外，也可以采用顺序存取或直接存取的方法。信息块的地址都可以通过查找记录键而换算出。实际的系统中，大都采用多级索引，以加速记录查找过程。
参考资料：网络：文件存取法
H. 简述文件中的结构及存取方法
文件的存取方式： 文件的存取方式是由文件的性质和用户使用文件的情况决定。 1 顺序存取。 2 随机存取。 磁带是顺序存取。磁盘是随机存取。文件的物理结构： 1 顺序结构。 2 链接结构。 3 索引结构。 如果是三级索引，文件长度最大为：256*256*256+256*256+256+10 文件系统最大的一个特点是“按名存取” 文件目录是文件控制块的有序集合。在Linux操作系统下规定，一切皆文件，以上我们操作系统课程上的定义，应该是你想要的内容。
