1 請在課件的基礎上進行調研，總結在實現檔案系統時可以從哪些方面提高檔案系統的效能，簡要給出相關方法的具體解決思路。
（1）設計檔案系統時應儘量減少訪問磁碟的次數以提高檔案系統的效能，措施包括使用塊快取記憶體和目錄項分解法等等。使用更大的塊快取記憶體能直接減少對磁碟的訪問次數，提公升檔案系統讀寫效能；而專案錄分解法把目錄項（檔案控制塊）分為兩部分：名號目錄項，包含檔名以及相應的檔案內部號；基本目錄項，包含了除檔名外檔案控制塊的其他全部資訊。目錄檔案也分為名號目錄檔案和基本目錄檔案。查詢乙個目錄項就分成兩步：首先訪問名號目錄檔案，根據檔名查詢相應的檔案內部號；然後訪問基本目錄檔案，根據檔案內部號，可直接計算出相應基本目錄項所在基本目錄檔案中的相對位置和物理位置，並將它直接讀入記憶體，提高了檔案目錄檢索的速度。
（2）改善磁碟效能，包括採用磁碟驅動排程改善程序對磁碟的平均訪問時間，採用磁碟碎片整理技術等等。當多個訪盤請求在等待時，系統採用一定的策略，對這些請求的服務順序進行調整安排，使尋道時間和延遲時間都盡可能小的那個訪問請求可以優先得到服務，並降低若干個訪問者的總訪問時間，增加磁碟單位時間內的操作次數。達到降低平均磁碟服務時間的目的，從而實現公平、高效的訪盤請求。磁碟碎片的產生是因為檔案被分散儲存到整個磁碟的不同地方，而不是連續地儲存在磁碟連續的簇中形成的。檔案碎片一般不會在系統中引起問題，但檔案碎片過多會使系統在讀檔案的時候來回尋找，引起系統效能下降，嚴重的還要縮短硬碟壽命。磁碟碎片整理技術對長期執行產生的磁碟碎片進行整合，可提高磁碟的整體效能和計算機的執行速度。
2 簡述檔案控制塊（fcb）中一般都儲存哪些資訊。
訪問控制資訊
使用資訊
3 在檔案系統中，訪問乙個檔案f時首先需要從目錄中找到與f對應的目錄項。已知檔案系統資料塊大小為1kb，乙個目錄項的大小為128位元組，檔案平均大小為100kb。該檔案系統的目錄結構如圖所示。不考慮磁碟塊的提前讀和快取等加速檔案讀寫的技術，請回答以下問題：
1）如果採用串聯檔案實現，同時檔案屬性直接儲存在目錄項中，並且根目錄的目錄項已讀入記憶體中。訪問第**目錄下的乙個檔案中的乙個塊平均需要訪問幾次磁碟？
2）如果採用索引檔案實現，目錄項中僅儲存檔名和i節點指標，其中檔名佔14個位元組，i節點指標佔2個位元組。如果僅採用直接索引，每個第**目錄下的檔案數不超過50個，且根目錄的i節點已讀入記憶體，訪問第**目錄下的乙個檔案的乙個塊平均需要訪問幾次磁碟？
3）假設該檔案系統所管理的磁碟空間為16zb(1zb=270b)。如果inode中包括512位元組的索引區，且允許採用一級間接索引進行組織，那麼該檔案系統支援的最大檔案是多少位元組？
訪問二級目錄：根目錄的目錄項已經讀入記憶體，那麼讀取二級目錄不需要訪問磁碟。
訪問**目錄：乙個磁碟塊1kb，每個目錄項128b，那麼乙個磁碟塊可以放1kb/128b=8個目錄項；而如圖所示每個二級目錄下有128個**目錄，這些**目錄分布在128/8=16個磁碟塊上。串聯檔案形式，訪問乙個**目錄項至少訪問1次磁碟，至多訪問16次磁碟，平均8.5次。
訪問檔案塊：檔案平均大小100kb，每個磁碟塊1kb，每個檔案平均要分布在100kb/1kb=100個磁碟塊上。串聯檔案形式，訪問乙個塊至少訪問1次磁碟，至多訪問100次，平均50.5次。
綜上，平均共需要訪問磁碟0+8.5+50.5=59次。
訪問二級目錄：訪問二級目錄的i節點1次，訪問二級目錄內容1次，共2次
訪問**目錄：訪問**目錄的i節點1次。訪問**目錄內容時，乙個目錄項只佔14+2=16個位元組，那麼乙個磁碟塊可以存放1kb/16b=64個目錄項，每個二級目錄下有128個**目錄，分布在128/64=2個磁碟塊上，因此訪問**目錄的內容至少訪問磁碟1次，至多訪問磁碟2次，平均1.5次。因此訪問**目錄平均訪問磁碟2.5次。
訪問檔案磁碟塊：訪問磁碟塊的i節點1次，訪問磁碟塊1次，共2次。
綜上，平均共需要訪問磁碟2+2.5+2=6.5次
檔案系統最多允許記錄的磁碟塊數為16zb/1kb=2^64個磁碟塊。為表示這些磁碟塊，需要64位，即8位元組空間。inode中的索引區可以存放 512b/8b=64個磁碟塊，一級索引指向的磁碟塊中可儲存1kb/8b=128個磁碟塊號，在採用一級索引的情況下，支援的最大檔案為64*128*1kb=8mb。
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