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文件格式

文件：一整块有关系的数据，文件的底层都是一长串二进制数。
文件格式：虽然可以随意存储文件数据，但按格式存会更方便

文本文件：TXT格式

ASCII 编码：一种字符编码标准，将文件原本的 二进制数 解码为 英文、数字和其他字符

音频文件：WAV格式

元数据 metadata：

  • 元数据是数据的数据。eg. 音频文件的码率、单声道 or 立体声等信息
  • 元数据存储在文件开头，在实际数据之前，因此也称为 文件头 Header

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图片文件：BMP格式

位图：bitmap，文件后缀为 .bmp，用于存储图片文件
实例：如下图所示，该图片 4像素宽 x 4像素高，颜色深度为 24 位，即 8 bit 表示红色， 8 bit 表示黄色， 8 bit 表示蓝色。
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文件系统：计算机如何存文件

发展：

  • 早期计算机存储容量很小，整个存储器就像一个文件，数据从头存到尾，直到占满
  • 随着计算能力和存储容量的提高 ，多文件变得非常必要

优点：

  • 文件系统使我们不必关心文件在磁带或磁盘的具体位置，整理和访问文件更加方便
  • 使得我们像普通用户一样直观操纵数据，比如打开和整理文件

目录文件 Directory File

作用：

  • 为了存多个文件，需要一个特殊文件（即目录文件）来记录其他文件的文件名、扩展名、存储位置、元数据（eg.文件创建时间、最后修改时间、文件所有者、是否能读/写等）等信息。
  • 文件系统专门负责管理文件

位置：目录文件通常存在开头（位置0），以便于查找

现代文件系统会做以下两件事：

  • 把空间划分成一块块，使得有一些 “预留空间” 可以方便改动，也方便管理。目录文件记录文件存储在哪些块里。
  • 拆分文件，存储在多个块中。目录文件存储文件的位置时存储的是多个块，而不止是一块。因此，只要分配块，文件就可以轻松增大缩小。

举例，如下图所示：

  • 文件”todo.txt”存储在BLOCK1，扩增后超出BLOCK1的容量，则另外增加了BLOCK5
  • 删除文件“carrie.bmp”，只是将目录里该文件的信息删除了，并没有擦除数据。因此在BLOCK2被新数据覆盖之前，原来的数据还在，所以可以恢复数据

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碎片整理 defragmentation

碎片 fragmentation：文件的增删改，不可避免会导致碎片（文件散落在各个块中）。
问题：对很多存储技术来说，碎片是坏事。eg. 如果上图的 todo.txt 存在磁带上，读取文件要先读块1, 然后快进到块5，然后往回转到块2，来回转个半天。现实世界中，大文件可能存在数百个块里，你可不想等五分钟才打开文件，因此碎片会造成问题。
碎片整理：计算机会把数据来回移动，排列成正确的顺序
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平面文件系统 Flat File Systems

定义：文件都在同一个层次，都存储在同一个目录里。也就是没有子目录，没有目录嵌套。
特点：早期计算机存储空间小，只有十几个文件，平面文件系统就够用了

分层文件系统

起源：计算机容量爆炸式增长，文件数量也飞速增长，使得所有文件都存在同一层变得不切实际
定义：文件夹套文件夹，目录文件不仅要指向文件，还要指向目录
优点：

  • 能做无限深度的文件夹，便于文件分类整理
  • 可以轻松移动文件：如果想把 theme.wav 从根目录移到音乐目录，不用移动任何数据块，只需在根目录删除该记录，在音乐目录增加该记录