文档介绍了操作系统中的文件系统架构，包括设备驱动程序、基本文件系统和逻辑文件系统等模块。它还描述了文件访问方法（顺序访问、随机访问和索引访问）以及文件系统的配置方式（连续式、链结式和索引式）。此外，文档探讨了可用空间的管理和常见的文件操作，如读取、写入和删除。

1. 作業系統
組員：D1024242006 林偉哲
D1024242014 闕均庭
D1024242048 何瑋倫

2. 實體區塊
對於作業系統而言，要找到檔案內部的某一特定位
置可能是個相當複雜的任務。這是因為對於磁碟這類裝
置而言，它的輸出/輸入都是以固定大小的區塊為單位，
稱為實體區塊。

3. 檔案系統架構
1.裝置驅動程式：負責實際的I/O運算；他會接受高階的
I/O命令，例如「存取區塊532」，然後轉換為與裝置相
關的低階指令，寫到I/O硬體控制器的特定記憶體位置中，
以指揮控制器的動作。
2.基本檔案系統：這是電腦系統與外部裝置間的主要介
面，負責處裡兩者間的區塊交 換。電腦系統藉由送出高
階命令給驅動程式來讀寫磁碟上的實體區塊。

4. 檔案系統架構
3.檔案組織模組：負責邏輯與實體位置的對應；因為一
個邏輯區塊中可能包含多筆邏輯記錄，所以必須進行轉
換，要找到特定邏輯位置所對應的實體區塊。
4.邏輯檔案系統：提供使用者的存取介面，管理目錄結
構，並且維護檔案與目錄的存取權，以提供安全與保護。

5. 檔案存取的方法
1.循序存取：循序存取就是依循著資料在檔案中的存放
順序進行存取；這是最常見的檔案存取方式之一。在循
序存取的方式下，作業系統會為每個開啟的檔案建立指
標，因此，檔案的讀取或寫入運算並不需要指定位置，
而是發生在檔案指標所指的位置。
2.隨機存取：隨機存取又稱為直接存取；藉由隨機忖取
的方式，使用者可以在任意時間點，隨意存取檔案中的
任一邏輯位置。

6. 檔案存取的方法
3.索引存取：前面兩種存取方式是一般作業系統中最基
本的兩種存取運算，為了增加檔案存取上的便利性。索
引存取會利用邏輯記錄中的某個欄位作為索引，建立指
向特定資料區塊的指標，以減少資料搜尋的時間。

7. 檔案運算
1.讀取：讀取檔案中的資訊。
2.寫入：將資訊寫入檔案。
3.刪除：刪除檔案，並釋放它所佔據的空間。
4.表列：列出檔案名稱與屬性。
5.執行：將檔案內容載入記憶體，並建立行程來執行。
6.變更存取權限：變更某些使用者對特定運算的存取權。

8. 邏輯區塊的組成
1.固定式的組成方式：如果系統中的檔案都是由固定長
度L的紀律所組成，且區塊的程度為B，則每個區塊中會
放入「B/L」筆記錄。當區塊長度無法被記錄長度整除
時，區塊的結尾就會剩下一些空間，在這種設計下，如
果需要存取某筆記錄，就可以先利用B/L的值計算它所
屬的區塊位置，在設計該筆記錄在區塊中的位移量。

9. 邏輯區塊的組成
2.不跨區塊變動的組成方式：如果系統提供可變長度的
記錄，則不跨越區快的組成方式就是盡可能將最多的完
整記錄存放在單一區塊內，但是不允許記錄橫跨兩個區
塊儲存。
3.允許區塊變動的組成方式：單一記錄可以儲存在多個
區塊中，因此，記錄長度不會受到限制，並且不會有
剩餘空間的問題 – 所以剩餘的未使用空間都會落在最後
一個區塊的最後面。

10. 實體區塊的配置
就像虛擬記憶體一樣，在記錄組成邏輯區塊時，作
業系統是將邏輯區塊視為是連續的空間，並且從0開始
依序編號。這些邏輯區塊最終會透過I/O裝置寫入輔助儲
存裝置之中，或是從這些終致中讀出。常用的磁碟空間
配置方法有三種，分別是連續式配置、鏈結式配置、索
引式配置。

11. 連續式配置
連續式中置式所有區塊配置方法中最簡單的一種；
也就是將檔案的邏輯區塊存在連續的實體區塊之中。此
時，檔案目錄中只需要儲存檔案在實體裝置的起始位址
和長度即可。連續式配置的方法可以分裂下列3種:
1.先試法：從可用空間中搜尋到第一個能夠容納整個檔
案的空間，然後將檔案放進去。
2.最適法：從所有的可用空間中找出大於這個檔案，而
且最接近這個檔案長度的區塊。
3.最不適法：將最大的連續可用空間分配給檔案，希望
所剩下的連續區塊還能夠放下其他的檔案。

12. 鏈結式配置
連續式的區塊配置方式雖然可以增加存取效率，但
是在空間的利用上缺乏彈性，而且很容易產生外部碎片
之類的問題，而造成空間的浪費。鏈結式的配置方式則
允許將檔案放在不連續的磁碟空間中，然後利用鏈結串
列連在一起。

13. 索引式配置
為了提供檔案隨機存取的彈性，我們可以將所有的
區塊指標集中放置在某個區塊，以便快速找到所需區塊
的位置 – 這種做法就稱為索引式配置。索引式配置可以
說是鏈結式裝置的一種變形，而用來存放鏈結指標(索引)
的區塊就稱為索引表格或索引區塊。常見的調整方式包
括：
1.鏈結索引：將幾個索引區塊以指標連在一起；也就是
在索引區塊中預留一個指標欄位，可以指向屬於該檔案
的下一個索引區塊。
2.多層索引：建立一層以上的索引階段。例如在兩層式
索引中，第一層索引會指向存取放第二層的區塊，而第
二層索引才會真正指向檔案的存取區塊。

14. 可用空間的管理
作業系統除了必須管理每個檔案在輔助儲存裝置中
的位置，還必須知道目前尚未使用的實體區塊位置，以
便是需要進行配置。為了要管理這些可用空間，系統會
維護一個可用空間串列，記錄目前尚未使用的所有可用
區塊磁碟。當新增一個檔案時，作業系統會從這個串列
中取出所需的區塊；當刪除檔案時，原本配置給該檔案
的區塊則會被放回可用空間串列中。一般來說，建立可
用串列空間的方法包括下列幾種：

15. 串列空間的方法
1.位元映射：要記錄可用空間資訊，最簡單的方式是建
立一個位元陣列，其中的每個位元循序對應到硬碟上的
一個實體區塊。
2.鏈結串列：另一種方式是利用鏈結將所有可用的區塊
連在一起；這種方法與鏈結式的檔案配置方式一樣，只
是此處連結對象是尚未使用區塊罷了。當作業系統需要
可用區塊時，只需要利用開頭指標取出串列開頭的第一
個區塊，然後將開頭指標移到第二個區塊即可。

16. 串列空間的方法
3.計算法：由於我們在儲存檔案時，通常都會盡量儲存
在連續的空間中，以提高存取效率，所以在記錄可用空
間時，我們也可以只記錄每段可用空間的開頭位置，與
這空間的區塊總數。

17. Q&A
1.下列何者會利用邏輯記錄中的某個欄位作為索引，建立
指向特定資料區塊的指標，以減少資料搜尋的時間？
(A)循序存取(B)隨機存取(C)索引存取(D)以上皆非
2.下列何者為常用的磁碟空間配置方法？
(A)連續式配置(B)鏈結式配置(C)索引式配置(D)以上皆是
3.下列何者不是常見的檔案運算？
(A)讀取(B)寫入(C)變更存取權限(D)修改