文件的組織結構和存取方式
文件的組織結構和存取方式決定了檔案在儲存媒體上的佈局，以及作業系統如何存取和處理這些檔案資料。
檔案的存取方式
根據文件資訊的存取次序，可以將文件的存取方式分為以下幾種：
- 順序存取：
- 將文件中的資訊依序依序進行讀寫操作。
- 典型設備：磁帶，適合處理大批量順序讀取的資料。
- 優點：簡單、操作成本低。
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缺點：只能按順序訪問，效率較低，不支援隨機訪問。
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隨機存取（直接存取）：
- 可依任意次序隨機讀寫檔案中的信息，而無需依序存取。
- 典型設備：磁碟，可以根據邏輯位置直接定位到檔案的實體位址進行操作。
- 優點：存取速度快，彈性高。
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缺點：實作複雜，適合小檔案或需要頻繁隨機讀取的檔案。
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按鍵訪問：
- 根據給定的鍵（主鍵或記錄名）進行檔案的存取。
- 需先檢索對應記錄的邏輯位置，再轉換為儲存媒體上的實體位址進行存取。
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常用於資料庫系統中的檔案操作。
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存取方式的選擇因素：
- 文件的性質：區分為串流文件和記錄式文件。
- 儲存設備的特性：例如，磁帶適合順序訪問，磁碟適合隨機存取。
檔案的邏輯結構
文件的邏輯結構描述了文件在邏輯上的組織形式，主要分為以下兩類：
- 串流文件（無結構文件）：
- 邏輯上是一串連續的字元集合，沒有內部結構。
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常見於文字檔案和二進位檔案。
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記錄式文件（有結構文件）：
- 由若干邏輯記錄組成，每個邏輯記錄都是獨立的基本資訊單位。
- 透過主鍵（如 ID）區分不同的邏輯記錄。
- 包括以下幾種類型：
- 順序檔案：記錄依序儲存和存取。
- 索引檔案：透過建立索引，實現快速檢索和存取。
- 索引順序檔案：結合順序檔案和索引檔案的優點。
- 直接文件：透過直接存取記錄實體位址，實現隨機存取。
- 雜湊檔案：利用雜湊函數快速定位記錄，適合快速尋找操作。
檔案的物理結構
文件的物理結構描述了文件在儲存媒體上的實際組織方式，主要有以下幾種：
- 順序結構：
- 檔案在儲存媒體上是連續存放的，邏輯上的記錄依序儲存在相鄰的實體區塊上。
- 優點：順序讀寫效率高。
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缺點：容易產生碎片化，無法支援隨機存取。
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連結結構：
- 文件中的記錄透過指標連結在一起，不需要在儲存媒體上連續存放。
- 優點：減少碎片化問題，支援動態擴展。
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缺點：隨機存取效率低，需要逐一遍歷指針。
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索引結構：
- 為檔案建立索引表，透過索引表找到檔案記錄的實體位址。
- 優點：檢索速度快，適用於大檔案和複雜查找操作。
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缺點：需要額外的儲存空間存放索引表。
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直接文件：
- 針對記錄式文件，透過主鍵直接定位到對應的實體位址。
- 優點：快速訪問，適合頻繁隨機訪問的場景。
- 缺點：需設計高效率的映射函數，避免位址衝突。
記錄的成組和分解
- 記錄的成組：
- 將多個邏輯記錄合併成一個實體區塊儲存。
- 區塊因子：一個物理區塊中包含的邏輯記錄的數量。
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優點：減少 I/O 操作次數，提高資料傳輸效率。
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記錄的分解：
- 從實體區塊中分離出單一邏輯記錄的操作。
- 常用於讀取和處理包含多個邏輯記錄的實體區塊。