操作系统文件管理与磁盘调度策略解析

34、对页表进行分页的目的是什么？

对页表进行分页主要是为了减少对主存的使用。例如VAX系统对用户进程页表进行分页，以进一步降低主存使用；对于大地址空间的系统，如64位逻辑地址空间系统，页表可能非常大，分页可以将大的页表分成较小的部分，避免创建包含地址范围内每个页面条目的大页表，减少未使用条目占用的宝贵内存空间。

35、打开文件表用于维护当前打开文件的信息。操作系统应该为每个用户维护一个单独的表，还是维护一个包含所有用户当前正在访问的文件引用的表？如果同一个文件被两个不同的程序或用户访问，打开文件表中应该有单独的条目吗？请解释。

操作系统中的两层内部表设计

操作系统通常使用 两层内部表 来管理文件的打开和使用情况：

1. 每个进程的表

• 作用 ：跟踪一个进程打开的所有文件。
• 存储信息 ：
• 当前文件指针
• 访问权限
• 会计信息等

该表用于记录 进程对文件的具体使用情况 。

2. 系统级表

• 作用 ：包含与进程无关的文件信息。
• 存储信息 ：
• 文件在磁盘上的位置
• 访问日期
• 文件大小等

该表用于记录 文件的通用信息 。

文件打开时的操作流程

• 首次打开文件 ：

• 当一个文件被某个进程打开时，系统级表会为该文件 添加一个条目 。

• 后续打开同一文件 ：

• 当另一个进程执行打开操作时，只需在该进程的打开文件表中 添加一个指向系统级表中相应条目的新条目 。

• 多个进程访问同一文件 ：

• 每个进程的打开文件表中都有 单独条目 。
• 所有这些条目都 指向系统级表中的同一个条目 。

设计优势

• 可以跟踪每个进程对文件的使用情况
• 能够共享文件的通用信息
• 提高系统效率

36、提供强制锁而非由用户自行决定使用的建议锁有哪些优缺点？

• 优点 ：操作系统确保锁定完整性，即使程序未显式编写获取锁的代码，也能防止其他进程访问被锁定文件。
• 缺点 ：
• 程序员使用时需谨慎，仅在访问文件时持有独占文件锁，否则会阻止其他进程访问文件；
• 还需采取措施避免多个进程在获取文件锁时陷入死锁。

37、一些系统通过维护文件的单一副本来实现文件共享，而其他系统则为每个共享该文件的用户维护一个副本。请讨论这两种方法的相对优点。

文件副本维护的优缺点分析

维护单一副本

优点：

• 节省存储空间，因为只需存储一份文件；
• 数据一致性好，对文件的修改能直接反映在唯一副本上，避免不同副本数据不一致。

缺点：

• 若文件被损坏或丢失，所有用户都受影响；
• 并发访问时可能产生冲突，影响性能。

维护多份副本

优点：

• 每个用户的副本独立，一个副本损坏不影响其他用户；
• 不同用户可按自身需求修改副本，减少并发访问冲突。

缺点：

• 占用大量存储空间；
• 数据更新时需同步所有副本，否则会出现数据不一致问题。

38、讨论将与远程文件系统（存储在文件服务器上）关联的一组故障语义设置为与本地文件系统不同的优缺点。

优缺点分析

优点可能有：
- 不同故障语义可针对远程文件系统特点优化，如远程系统易受网络影响
- 可设置更灵活语义以适应网络波动、避免数据丢失
- 能提高系统容错性与可用性
- 降低因远程系统故障对整体影响

缺点可能是：
- 增加系统复杂度，使管理维护更困难
- 可能让用户困惑，尤其习惯本地系统语义的用户
- 不同语义可能导致兼容性问题，影响系统互操作性

39、使用文件分配表（FAT）将文件块链接在一起的链式分配变体有哪些优点？

该变体的优点是提高了随机访问时间，因为磁盘头可以通过读取FAT中的信息找到任何块的位置。

40、考虑一个将空闲空间保存在空闲空间列表中的系统。a. 假设指向空闲空间列表的指针丢失了，系统能否重建空闲空间列表？请解释你的答案。b. 考虑一个类似于 UNIX 使用的采用索引分配的文件系统。要读取位于 /a/b/c 的小型本地文件的内容，可能需要进行多少次磁盘 I/O 操作？假设当前没有任何磁盘块被缓存。c. 提出一种方案，以确保指针不会因内存故障而丢失。

a. 这取决于系统使用的空闲空间管理方法。
- 如果是 位向量法 ，系统可以通过扫描整个磁盘，根据块的使用状态重新构建位向量，从而重建空闲空间列表；
- 如果是 链表法 ，由于指针丢失后无法按链表顺序找到空闲块，一般难以重建；
- 如果是 分组法 、