文件的组织结构和存取方式

文件的组织结构和存取方式决定了文件在存储介质上的布局，以及操作系统如何访问和处理这些文件数据。

文件的存取方式

根据对文件信息的存取次序，可以将文件的存取方式分为以下几种：

1. 顺序存取：

   • 对文件中的信息按顺序依次进行读写操作。
   • 典型设备：磁带，适合处理大批量顺序读取的数据。
   • 优点：简单、操作成本低。
   • 缺点：只能按顺序访问，效率较低，不支持随机访问。

2. 随机存取（直接存取）：

   • 可以按任意次序随机读写文件中的信息，而无需按顺序访问。
   • 典型设备：磁盘，可以根据逻辑位置直接定位到文件的物理地址进行操作。
   • 优点：访问速度快，灵活性高。
   • 缺点：实现复杂，适合小文件或需要频繁随机读取的文件。

3. 按键存取：

   • 根据给定的键（主键或记录名）进行文件的存取。
   • 需先检索到对应记录的逻辑位置，再转换为存储介质上的物理地址进行存取。
   • 常用于数据库系统中的文件操作。

4. 存取方式的选择因素：

   • 文件的性质：区分为流式文件和记录式文件。
   • 存储设备的特性：例如，磁带适合顺序存取，磁盘适合随机存取。

文件的逻辑结构

文件的逻辑结构描述了文件在逻辑上的组织形式，主要分为以下两类：

• 流式文件（无结构文件）：

  • 逻辑上是一串连续的字符集合，没有内部结构。
  • 常见于文本文件和二进制文件。

• 记录式文件（有结构文件）：

  • 由若干逻辑记录组成，每个逻辑记录都是独立的基本信息单位。
  • 通过主键（如 ID）区分不同的逻辑记录。
  • 包括以下几种类型：
  • 顺序文件：记录按顺序存储和访问。
  • 索引文件：通过建立索引，实现快速检索和访问。
  • 索引顺序文件：结合顺序文件和索引文件的优点。
  • 直接文件：通过直接访问记录物理地址，实现随机存取。
  • 哈希文件：利用哈希函数快速定位记录，适合快速查找操作。

文件的物理结构

文件的物理结构描述了文件在存储介质上的实际组织方式，主要有以下几种：

1. 顺序结构：

   • 文件在存储介质上是连续存放的，逻辑上的记录依次存储在相邻的物理块上。
   • 优点：顺序读写效率高。
   • 缺点：容易产生碎片化，无法支持随机访问。

2. 链接结构：

   • 文件中的记录通过指针链接在一起，不需要在存储介质上连续存放。
   • 优点：减少碎片化问题，支持动态扩展。
   • 缺点：随机访问效率低，需要逐个遍历指针。

3. 索引结构：

   • 为文件建立索引表，通过索引表找到文件记录的物理地址。
   • 优点：检索速度快，适合大文件和复杂查找操作。
   • 缺点：需要额外的存储空间存放索引表。

4. 直接文件：

   • 针对记录式文件，通过主键直接定位到对应的物理地址。
   • 优点：快速访问，适合频繁随机存取的场景。
   • 缺点：需要设计高效的映射函数，避免地址冲突。

记录的成组和分解

• 记录的成组：

  • 将多个逻辑记录合并成一个物理块存储。
  • 块因子：一个物理块中包含的逻辑记录的数量。
  • 优点：减少 I/O 操作次数，提高数据传输效率。

• 记录的分解：

  • 从物理块中分离出单个逻辑记录的操作。
  • 常用于读取和处理包含多个逻辑记录的物理块。