第五讲构造文件管理系统FAT.docx
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第五讲构造文件管理系统FAT
构造文件管理系统FAT
对硬盘进行了低级格式化、分区后，再进行高级格式化，这时该逻辑磁盘便有了DBR，同时也有了FAT（注意：
以独立主分区来讨论！
）。
FAT是微软最早推出的管理文件的方式，目前有三种不同的格式如FAT12、FAT16、FAT32等。
他们的文件管理思想是相似的。
FAT用于磁盘数据（文件）进行索引、定位的一种簇链式结构。
同时FAT文件也包括文件夹的管理，如同文件的管理，简单理解为数据的管理。
下面，以一个假想的文件管理的思想来讨论FAT的文件管理。
1、“一本书”的管理思想
一本书对其上的文章的管理，可以看出，一本书有目录，目录中有文章的篇名及该文章的页码。
读者就可以根据目录中的文章篇名和文章页码来找到该文章。
事实上，在书的目录中还隐含了其他有用的信息，如一篇文章的开始位置、结束位置（也隐含了文章的长度）等信息。
可以进一步来看，假定该书可以任意装订，也就是该书可以由读者任意编排文章。
在这种情况下，一篇文章如何加入到某页码中、或把一篇文章从书中撕掉，对应的目录又如何修改？
？
还要考虑加入的或撕掉的文章的日期、文章的长度？
？
2、构造一个线性的文件管理系统
根据一本书的对文章的管理思想，在一个主分区内，理解进行文件的管理思想（或是数据存储的原理）。
在该分区，已分好了区（由FDISK完成！
）、进行了高级格式化（由FORMAT完成！
），于是便有了MBR、DBR及某种FAT。
不过，MBR及DBR暂时不考虑！
这里只关心FAT！
！
现在假定有100KB的一个分区。
可以简单地认为：
这100KB是线性地地址空间！
为了讨论方便，把这100KB分成100份，每份1KB！
再假定，有三个文件要依次存储在这100KB地空间中，这三个文件是：
1．A.TXT10KB;
2.B.TXT53.6KB;
3.C.TXT20.5KB
很自然地想到，为了要与一本书地管理方式相同，这三个文件是顺序地存放在这100KB的空间中的。
同时，要注意，这三个文件的大小、文件开始的位置等信息！
！
为了能方便地进行文件地查找，这是必须要考虑的信息！
！
如同书的目录！
！
在这个目录中，用100KB中的第一个1KB来放这个目录。
这个目录，就是我们所说的这三个文件的特征，或叫文件的属性！
另外，还要了解，100KB空间，分成了100份后，每份为1KB，而且是该分区中的最小单位，是不能再分割的，我们就把这个1KB叫扇！
同时也叫簇！
！
很明显，A.TXT是10KB，就要用10个扇，或叫10个存储单位，或叫10个簇！
！
B.TXT是53.6KB，要54个簇；
C.TXT是20.5KB，要21个簇。
如下图4.3.1的存储方式。
！
！
（可以看出这样一个问题！
！
B.TXT和C.TXT的这种存放方式，不是要浪费空间吗？
（各自浪费了不到1簇的空间）能不能紧挨着！
！
关于这个问题，将在后面讨论！
！
提示：
如果按照这样的方式存储，目录中原本只需要记下簇号，现在还需要记下簇内的偏移，这样会增加目录的存储量，而且存取没有了规则，读取也不太方便，是得不偿失的。
）
接下来，要考虑这三个文件的目录内容（存储的属性！
）有那些！
！
与书的目录比较！
！
对于一个文件而言，有：
（1）文件名；
（2）开始的位置（即所在簇的位置号）；
（3）文件大小；
（4）创建日期、时间；
（5）文件可能的修改日期、时间；
（6）文件可能的读写属性等。
（注意：
一个问题！
文件的大小能不能用结束的簇号来表示呢？
肯定是不能的！
！
提示：
要注意簇号必须是整正数！
！
对于文件B.TXT，大小是53.6KB，是无法用簇来表示的，而用54簇或53簇来表示又是无意义的！
！
为什么？
？
）
有了这些文件的属性后，就可以用数据库的思想来存放这些文件的属性了！
方法是：
在100KB的第一个1KB的空间内，看成是10份（每份100B）文件的属性记录。
就有了10条数据库记录。
如下图4.3.2！
！
（对于用100B来存放文件的属性是足够用的！
）
看来，这个文件的结构，是可以对这些文件进行正确的读写了，一下就是对这三个文件进行一些操作。
（1）读：
很自然，目录很清楚，是不成问题的；
（2）写：
要注意，一个新的文件一定要是一个14KB的、或以内的！
而且也只能写在最后面的空余空间内。
另外，假如A.TXT的10KB文件是不存在的，则新加入的文件一定要小于或等于10KB，才能在原A.TXT文件的位置放下！
（3）修改：
如果对A.TXT这个10KB的文件进行修改，其修改后的大小是不能大于10KB！
（4）超写：
如果对A.TXT文件修改后（增加了内容！
），大于了10KB，或新放一个大于10KB的文件，将如何进行？
？
对于前面的三种操作是能够顺利进行的，对于第四个操作，有什么解决方法？
？
一个方法是：
由于这三个文件加起来之和只有85个簇。
10KB+53.6KB+20.5KB=84.1KB
10个簇＋54个簇＋21个簇＝85个簇
可以看出，这100KB空间还有剩余！
还余下14个簇（除掉一个目录簇！
）。
如果把A.TXT文件放在最后，要浪费处理资源，而且也不一定解决问题。
这个问题看来暂时解决不了。
如果把B.TXT和C.TXT文件向后移动！
也是相同的问题！
（那不是成天啥也不要干了，就是倒腾东西了吗？
！
！
）
另外一个解决方法是：
要加大A.TXT文件的容量，可以把B.TXT文件删除了！
同时，在A.TXT文件处，还可以放一个大的文件，但是，这个文件不能大于64个簇（10个簇＋54个簇）！
！
接下来，不可避免地，（目前假定，A.TXT和C.TXT文件还存在，共用簇为31个簇，还余下68个簇！
），要在B.TXT的位置放一个文件，假定文件为：
D.TXT，大小为60.3KB，占用簇为61簇。
如下图4.3.3和4.3.4！
！
这个操作看来还可以，按说能放下。
可是往那里放呢？
没有61个连续的空间了，不可能把一个文件切割成两个文件来存放，而且目录行没办法写了，一个文件也不可能有两个目录。
看来无连续块存储暂时也是不行的。
可以看出，以前的假定，文件必须是连续空间的存储方法！
这个文件管理系统（方法）有问题！
！
进入了僵局！
！
3、构造一个非线性的文件管理系统（一个FAT的雏形！
）
有一种杂志，由于排版的问题，可以让一些文章在不同的页中排版，并在转页的那一页标明要转到的那一页，也就是一篇文章可以拆成几个部分分别排在书的不同位置。
这是一个十分重要的思想！
！
这就是说：
允许文件不连续地存放！
或是，文件可以在不同的簇中存放！
很明显，如果还用以前设计的文件目录结构，又如何反映文件在不同簇中的存放呢？
解决方法1：
以文件映射簇！
也就是一个文件用了多少簇，就在目录中加入这些文件簇的相关记录！
！
很明显，这个方法使问题更复杂了！
首先是，目录空间可能不够用！
第二是，同一个文件有若干个属性记录！
当如果文件名修改后，还得对这些记录进行修改！
看来，用文件映射簇的方法不可取！
！
解决方法2：
如果换个思想，以簇来映射文件呢？
具体做法是：
在100KB的第一个1KB中，即第0簇，专门用来存放数据区中数据与簇号的关系！
也就是用来记录数据区中每一簇的被占用情况，暂时称其为文件分配表（将来的FAT）。
假定，还是以前的三个文件！
如图4.3.5和4.3.6。
第1簇还是原来的目录，数据就从第二簇开始存放！
现在就把0簇叫文件分配表FAT！
很明显，有了“文件分配表”和“文件目录”，就可以完全解决文件的自由读写和自由修改了！
这个文件分配表是一个数据表，也是被构造出来的一个数据表。
如图4.3.7记录了簇与数据（文件）的对应关系：
该组织方式是完全可以实现对文件占有簇的记录的。
但还不够效率，从这张表可以看出，也有问题！
就是太罗嗦！
！
比如文件名在文件分配表中记录太多，浪费空间，而实际上在目录中已经记录了文件的开始簇了。
簇所对应的文件名，要反复地使用，而文件名本身要占用一定地空间，所以，这个文件分配表会随文件的修改而越来越大，最后会空间不够！
！
即是一个簇与文件名的对应要占用多个字节！
所以，这个文件分配表不合理！
事实上，在文件目录中，一个文件的目录记录，已标明了该文件的文件名，同时，也是重要的一点，他标明了该文件的开始簇！
那么，能不能在文件分配表中，只用2个字节来表示簇与数据（文件）的对应呢？
这又是一个重要的思想！
也就是：
用链的方式来存放占有簇的关系！
如图4.3.8。
原来是簇对应数据（文件）的文件名，现在簇号对应的是文件占用的下一个簇的簇号！
这样，文件分配表的容量问题也解决了，这就是改良的文件分配表！
理解文件分配表的意义：
如文件a.txt，根据目录项中指定的a.txt的首簇为2，然后找到文件分配表的第2簇记录，上面登记的是3，就能确定下一簇是3，找到文件分配表的第3簇记录，上面登记的是4，就能确定下一簇是4......直到指到第11簇，发现下一个指向是FF，就是结束。
文件便丝毫无误读取完毕。
另外一种情况是：
在前面提到的问题，就是将b.txt删除以后，存入一个大小为60.3KB的d.txt。
利用簇链可以很容易的实现。
实现后的磁盘如图4.3.9 、4.3.10 和4.3.11。
请同学们自己分析图4.3.9、4.3.10和4.3.11的对A.TXT文件进行读、写、修改等的操作过程！
！
可以看出，原来的三个文件的存放问题，要对其进行修改、读取、写入等已完全解决了！
总之，虽然以上是人们对文件存储的一种假设，但是，这也是“FAT文件系统”的思想精髓！
！
在后面的内容中，将重点介绍FAT文件管理系统的相关原理！
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