第4章文件系统课件.ppt

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1、2022/12/20,1,第四章 文件系统,山东英才学院计算机学院,杨秀华,2022/12/20,2,文件管理是对软件资源的管理。文件：逻辑上具有完整意义的信息的集合，表示程序和数据。每个文件都用一个名字来标识,4.1 概 述,文件名,2022/12/20,3,2022/12/20,4,文件系统：操作系统中用来管理文件的软件机构。特点：使用简单、方便，文件共享，安全可靠,2022/12/20,5,从用户使用角度看，文件系统主要是实现对文件的“按名存取”。为此应具有以下功能：,实现从逻辑文件到物理文件的转换,有效地分配文件的存储空间,建立文件目录,提供存取方式、保护文件安全、文件基本操作,202

2、2/12/20,6,4.1.3 文件的分类,按文件性质和用途分 系统文件、库文件、用户文件按信息流向分 输入文件、输出文件、输入输出文件、,2022/12/20,7,按文件的保护级别分 只读文件、读写文件、 可执行文件、不保护文件按文件保存时间长短分 临时文件、永久文件、档案文件,.tmp,2022/12/20,8,练习题,1.文件使用者的职责之一是（）A.为文件命名B.为文件分配存储空间C.实现对文件的读或写D.保证文件的安全,A,2022/12/20,9,2.对文件可按多种方式进行分类，当按照保护级别分类时，可能的文件种类是（）A.用户文件B.执行文件C.系统文件D.只读文件E.读写文件,

3、BDE,2022/12/20,10,9、使用文件的用户需要记住的是( )A、存储块的状况，即已用还是空闲B、文件在磁盘上的存储位置C、文件中各个记录所在的块的块号D、文件的名字,2022/12/20,11,4.2 文件的存储介质,可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、光盘、卡片等称为“存储介质”,2022/12/20,12,存储介质的物理单位定义为“卷”存储介质上可连续存储信息的一个区域称为“块”，或“物理记录”,一盘磁带一张光盘一个磁盘,“块”是主存储器与存储设备进行信息交换的物理单位,2022/12/20,13,磁带：是一种典型的顺序存取设备，这种设备只有在前面的物理块被存取访问之后，

4、才能存取后续物理块的内容。存取速度较慢，现在主要用于后备存储。,2022/12/20,14,磁盘：磁盘机是一种可按指定的块地址进行信息存取的设备。磁盘机能随时读写任何一块的信息，具有随机存取的功能。磁盘容量大、速度快，是大、中、小型和微型机上主要文件存储器。,2022/12/20,15,2022/12/20,16,2022/12/20,17,每个盘片有正反两个盘面，若干盘片组成一个磁盘组。磁盘组被固定在一个轴上，沿着一个方向高速旋转。每个盘面有一个读/写磁头，所有的读/写磁头被固定在移动臂上，同时进行内、外的运动,从上向下对其进行编号（从0开始），称为磁头号。,2022/12/20,18,0,

5、2,1,3,4,5,磁头号,2022/12/20,19,磁道,系统对磁道从外向内进行编号，从0开始，称为磁道号,扇区,按磁盘旋转的反向、从0开始为每个扇区编号，称为“扇区号”,每条磁道存储信息量相等,思考：磁盘密度从内向外越来越大还是越来越小？,思考：若某磁盘共5张盘片，盘面上共有500条磁道，分8个扇区，则该磁盘共有多少块？,答：40000块,2022/12/20,20,每条磁道均被扇区分割成长度相等的弧，称为“块”。系统对“块”从0开始编号，称为“块号”为减少移动臂移动花费的时间，信息的存放是按柱面存放，同一柱面上的磁道放满后，再放到下一个柱面上。,2022/12/20,21,磁带和磁盘都

6、是以块为单位来传送信息的，因此通常也把它们称为“块设备”。,思考：若某磁盘块大小为512B ，一个大小为2000B的文件A需要多少块？,2022/12/20,22,4.3 文件的组织,文件结构分为两种：逻辑结构和存储结构逻辑结构是指呈现在用户面前的文件结构，分为两种： 记录式文件 流式文件,有结构文件,无结构文件,2022/12/20,23,记录式文件举例,记录的主键,记录的次键,2022/12/20,24,11.一片光盘、一个磁盘组或一盘磁带这样整体的存储介质物理单位称为_。12.“图书”文件的数据项包含书名、作者名、出版社、出版年月和书号，其中能够作为主键的数据项是_。,卷,书号,2022

7、/12/20,25,流式文件：文件内部不再划分记录，由一组相关信息组成的有序字符流。文件的长度以字节来计算.,2022/12/20,26,流式文件,2022/12/20,27,存储结构：又称“物理结构”，是指文件在外存储器上是如何存放的。主要有以下三种： 顺序结构 链接结构 索引结构,4.3.2 文件的存储结构,2022/12/20,28,1 顺序结构 逻辑上连续的文件被存放在磁盘上相邻的块中。多用于长度固定的系统文件 例如：给文件A分配4个物理块，分别是30，31，32，33,顺序文件连续文件,2022/12/20,29,2022/12/20,30,连续存放特点： 优点：简单、存取速度快 缺

8、点：文件长度不能动态增加,2022/12/20,31,2 链接结构 把逻辑上连续的用户文件信息存放到辅存的不连续物理块中，并在每一块中包含一个指针，指向与它链接的下一块所在的位置，最后一块的指针放上“0”，表示文件的结束。,链接文件串联文件,2022/12/20,32,串联文件举例,例如：文件B的数据分别存放在2、6、10、15块中，最后一块的连接字为0或NULL，表示该块是文件结尾，即没有后续块。,2022/12/20,33,记录1,第2号块,6,记录2,第6号块,10,记录3,第10号块,15,记录4,第15号块,0,NULL,2022/12/20,34,记录1,第2号块,6,记录2,第6

9、号块,10,记录3,第10号块,15,记录4,第15号块,0,在记录2和记录3之间插入记录新纪录，位置为第28号块,10,28,2022/12/20,35,删除记录2,记录1,第2号块,6,记录2,第6号块,10,记录3,第10号块,15,记录4,第15号块,0,10,2022/12/20,36,串联文件特点： 优点：可以实现文件动态增长 缺点：只适宜顺序存取而不能随机存取,2022/12/20,37,3 索引结构 索引文件是实现非连续分配的另一种方案：系统为每个文件建立一个索引表。其中的表项指出存放该文件的各个物理块号，而整个索引表由文件说明项指出。,索引文件,2022/12/20,38,索

10、引文件举例,例如：文件B的数据分别存放在2、6、10、15块中,文件B,存放地址,记录1,2,记录2,6,索引表,记录号,10,15,记录3,记录4,2022/12/20,39,优点：文件可动态增长 可随机访问 缺点：增加了存储空间的开销,2022/12/20,40,7按照文件的用途对文件进行分类时，可以将文件分为_、_和用户文件。8存放在磁盘上的文件通常是现阶段需要不断进行修改完善的文件，因此存储在磁盘上的文件一般不采用_存储结构。,系统文件,库文件,顺序文件,2022/12/20,41,3.校友会的文件系统磁盘库中，“毕业生档案”文件的记录包含的数据项是毕业年份、身份证号和在校时档案材料。

11、由于各人的档案信息量不同，记录的长度因人而异，但记录总是先按照毕业年份，然后按身份证序号在磁盘中顺序存放。使用这个文件的方式是按毕业年份和身份证号快速查出此人的档案材料。适合这个文件的存储结构是（）A.顺序结构B.链接结构C.索引结构D.索引顺序结构,D,2022/12/20,42,5某文件中共有3个记录。每个记录占用一个磁盘块，在一次读文件的操作中，为了读出最后一个记录，不得不读出了其他的2个记录。根据这个情况，可知这个文件所采用的结构是（ ）A顺序结构B链接结构C索引结构D顺序结构或链接结构,D,2022/12/20,43,6、在存储设备容量一定的情况下，对于文件系统的各种存储结构，实现时

12、占用内存空间最大的存储结构是( )A、顺序结构B、链接结构C、索引结构D、索引顺序结构,C,2022/12/20,44,4.3.3 文件的存取方式,从对文件信息的存取次序考虑，存取方式可分为两类：顺序存取和随机存取。 顺序存取是指对文件中的信息按逻辑顺序依次进行读写的存取方式； 随机存取是指对文件中的信息不一定要按顺序，而是可以按任意的次序随机地读写文件中的信息。,2022/12/20,45,文件存取方法密切地依赖于文件的物理结构和文件的存储设备的特性。目前，文件的存储设备主要是磁带和磁盘。,2022/12/20,46,存储设备、文件结构存取方法之间的关系,顺序存取,顺序存取,顺序存取,随机存

13、取,2022/12/20,47,4.3.4 记录的成组和分解,逻辑记录的大小往往和磁盘块的大小不相等,记录的成组,把若干个记录合并成一组存入一块的工作成为“记录的成组”,思考：内存中某作业A有4个记录，各记录大小为128 B,磁盘块的大小为512 B, 为使得磁盘空间利用率高，如何存放该作业？,2022/12/20,48,记录的分解,从一组逻辑记录中把一个逻辑记录分离出来的工作称为“记录的分解”,2022/12/20,49,思考：内存中的某作业A有4个记录，各记录大小为128 B,现要存储到磁盘，磁盘块的大小为512 B, 为使得磁盘空间利用率高，如何存放该作业？,内 存,记录1,记录2,记录

14、3,记录4,缓冲区,2022/12/20,50,由于信息交换以块为单位，而用户处理时要以逻辑记录为单位，所以用户要处理这些记录时必须执行分解操作,使用主存的缓冲区,2022/12/20,51,记录2,记录1,思考：对上述文件A，用户提出读第1个记录时，分解情况如下,内 存,记录1,记录2,记录3,记录4,缓冲区,2022/12/20,52,优点：缺点：,提高了存储设备的利用率 减少存储设备的启动次数,需设立主存缓冲区，增加系统开销,2022/12/20,53,13.如果某文件系统以成组方式存放记录，每个磁盘块最多可以存放8个记录，用于记录成组和分解的主存缓冲区的大小与磁盘块大小相同。已知某文件

15、的0-7号记录存放在第0个磁盘块，8-15号记录存放在第1个磁盘块，那么为了依次读和写该文件的20、23、26记录，需要进行_次访问磁盘的操作。,4,2022/12/20,54,4.4 存储空间的分配文件系统的任务之一是掌握文件存储器的空闲空间情况，以便及时分配给用户文件的申请者。 常采用的磁盘存储空间管理方案有位示图以及空闲块链接法。,思考：若某磁盘块大小为512B ，一个大小为2000B的文件A需要多少块？,思考：若某磁盘有5张盘片，每个盘面上有5000条磁道，划分了 8个扇区；问磁盘共多少块？,40000块，块号039999,2022/12/20,55,（1）位示图法又称盘图，是在内存的

16、系统区取出若干个字组成存储区域，用来反映磁盘存储器中各存储块的使用情况。 位示图中的每个二进制位与一个磁盘块对应，该位状态为“1”，表示所对应的块已经被占用；状态为“0”，表示所对应的块仍然是空闲，可以参加分配。,2022/12/20,56,1号字的1号位表示的块是（ ）号块,其状态为（ ）第46号块的状态是（ ）A. 空闲 B. 已占用,17,B,A,2022/12/20,57,块号=字号 字长+位号字号=块号/字长 ； 位号=块号%字长,Mod 求余数,整 除,2022/12/20,58,位示图的大小以字为单位描述，它占用的空间较小，因而可以复制到内存中，使得盘区的分配和释放都可高速进行，

17、整个空间由盘块总数确定。,2022/12/20,59,当请求分配存储空间，系统顺序扫描位示图并按需要从中找出一组值为“0”的的二进制位，再经过简单的换算就可以得到相应的磁盘块地址，而后将这些位置为“1”。当回收存储空间时，只要将位示图中的相应位清为“0”即可。,2022/12/20,60,（2）空闲块链,单块链接,成组链接,2022/12/20,61,1. 单块链接 在磁盘的每一个空闲块中设置一个指针，指向下一个磁盘空闲块，从而所有的空闲块形成一个链表，这就是磁盘的“空闲块链”。 系统要增设一个空闲块链首指针，链表最后一个空闲块中的指针应该表明为结束，比如记为“0或NULL”。,2022/12

18、/20,62,单块链接,2022/12/20,63,当分配空闲块时，则从链头取下一块，然后使空闲区头指向下一块，若需要N 块，则重复上述动作N 次。当删除文件时，只需把新释放的盘块依次链入空闲链头，并使空闲区头指向最后释放的那一块。,2022/12/20,64,这种技术易于实现，只要在内存中用一个单元保存链头指针。但是，每次分配或收回一块时都要启动磁盘才能取得指针或把指针写入归还块中。,工作效率低,2022/12/20,65,2. 成组链接 把磁盘空间的空闲块成组链接。每100个空闲块为一组。 每组的第一个空闲块中登记下一组空闲块的磁盘物理块号和空闲块数。 最后不足100块的那部分记入专用块中

19、,用于UNIX操作系统,2022/12/20,66,设现在共有空闲块438块，编号从12#449#，UNIX系统空闲块成组链接示意图如下：,2022/12/20,67,2022/12/20,68,10、为用空闲块链接法管理文件的存储空间，把所有的空闲块用指针链接起来，每个空闲块都设置一个指向另一空闲块的指针，形成一个空闲块链。此类空闲块链接法被称为_。,单块链接,2022/12/20,69,14.有一个链接结构的文件，其中被链接的每个物理块存放一个逻辑记录和一个链接指针。目前，该文件中共存放了1、2、3、4、5五个逻辑记录。假设对应于该文件的目录项已经在主存储器中，那么完成删除记录4需访问磁盘

20、_次。,5,2022/12/20,70,4.5 文件目录,文件控制块（FCB：File Control Block） 用来表示系统中文件相关信息的一种数据结构，通常由下列信息项组成：（1） 文件名符号文件名，如 file6、m1.c等。（2） 文件类型-指明文件的属性，是普通文件、还是目录文件、特别文件，是系统文件还是用户文件等。,2022/12/20,71,（3） 位置指针，即文件在外存上的位置。（4） 大小当前文件的大小（以字节、字或块为单位）和允许的最大值。（6） 保护信息对文件读、写及执行等操作的控制权限标志。（7） 使用计数表示当前有多少个进程在使用（打开了）该文件。（8） 时间反映

21、出文件有关创建、最后修改、最后使用等情况，可用于文件实施、保护和监控等。,2022/12/20,72,文件目录 ：文件控制块的有序集合就为文件目录。文件控制块也就是其中的目录项。,2022/12/20,73,一级目录和二级目录1. 一级目录如果把所有文件的FCB都登记在一个文件目录中，这种文件目录为一级目录结构。,2022/12/20,74,比如，现在有4个用户ZONG、WANG、LING和FANG。ZONG为自己的3个文件起名为test、count和wait；WANG为自己的2个文件起名为help和robit；LING为自己的1个文件起名food；FANG为自己的3个文件起名class、gr

22、oup和data,2022/12/20,75,2022/12/20,76,优点：管理简单，查找方便缺点：1)查找速度慢 2）系统里面的文件不能重名 此目录结构只在低档微机系统上使用，例CP/M操作系统,2022/12/20,77,2. 二级目录 为每个用户单独建立一个目录，各管辖自己下属的文件，每个用户有自己的用户文件目录（UFD）。而在主文件目录（MFD）中记载了各个用户的名称，当用户作业开始或用户登录时，要检索主文件目录，找到惟一的用户（或用户编号），再按项中指针的指向找到对应的用户目录。,2022/12/20,78,2022/12/20,79,优点： 不同用户可以有相同的文件名； 支持文

23、件共享；,2022/12/20,80,3. 树形目录 为了给用户提供检索方便，以及更好地反映多层次的复杂的文件结构关系，可以把二级目录自然推广到多级目录。在这种结构中，从根开始，一层一层地扩展下去，就形成了一个树形层次结构。,2022/12/20,81,Fonts,2022/12/20,82,在树形结构的文件系统中，只有一个根目录。系统中的每一个文件都有惟一的路径名，它是从根出发、经子目录、到达指定文件路径分量名的序列。利用路径名就可惟一表示一个文件。路径名有两种表示形式：绝对路径名和相对路径名。,2022/12/20,83,绝对路径名：又称全路径名，是指从根目录开始到达所要查找文件的路径名。

24、例如，在LINUX系统中，以“”表示根目录。各节点之间以“”分开。,2022/12/20,84,文件f1.c的绝对路径为：,usermlprogf1.c,2022/12/20,85,相对路径名：为每个用户设置一个当前目录（又称工作目录），访问某个文件时，就从当前目录开始向下顺次检索。由于当前目录在根目录之下的、靠近多次使用文件的一个目录，所以检索路径缩短，处理速度提高。,2022/12/20,86,假设当前目录为：usrml文件f1.c的相对路径为：,progf1.c,2022/12/20,87,优点： 不同目录下的文件可以重名； 有利于文件的分类。缺点：查找文件时要逐层搜索，影响速度。,20

25、22/12/20,88,1、 如果文件系统中有两个文件重名，不应采用（ ）。 A、单级目录结构 B、树型目录结构 C、二级目录结构 D、A和C2、 文件系统采用二级文件目录可以（ ）。 A、缩短访问存储器的时间 B、实现文件共享 C、节省内存空间 D、解决不同用户间的文件命名冲突3、 目录文件所存放的信息是（ ）。 A、 某一文件存放的数据信息 B、 某一文件的文件目录 C、 该目录中所有数据文件目录 D、 该目录中所有子目录文件和数据文件的目录,A,D,D,2022/12/20,89,4、使用绝对路径名访问文件是从（ ）开始按目录结构访问某个文件。 A、当前目录 B、用户主目录 C、根目录

26、D、父目录5、UNIX系统采用（ ）目录结构。A、一级 B、树型 C、二级 D、层次,c,B,2022/12/20,90,6、常用的文件存取方法有两种：顺序存取和（ ）存取。A、流式 B、串联 C、记录式 D、随机7、操作系统通过（ ）对文件进行管理。 A. PCB B. JCB C. DCT D. FCB8.在Windows95中，剪贴板是指( )A.硬盘上的一块区域B.软盘上的一块区域C.内存中的一块区域D.高速缓存中的一块区域,D,D,C,2022/12/20,91,9.一个树型结构的文件系统如下图： 图 表示目录，I表示文件。可否进行下列操作，为什么？（1）在目录D中建立一个文件，取名

27、为A（2）将目录C改名为A,2022/12/20,92,2022/12/20,93,4.6.1 文件的保护 “文件保护”的含义，是指防止文件被破坏。,4.6 文件的安全性,系统故障,共享时出错,天灾人祸,病 毒,2022/12/20,94,天灾人祸,北京,上海,建立副本,2022/12/20,95,系统故障,建立副本,定时转储,简单易行但系统开销增大,UNIX系统采用,2022/12/20,96,UNIX系统采用了类似存取控制表的做法，但更为简洁。对用户分组，比如分为：“文件主”、“同组用户”以及“其他用户”三类（当然还可以多分），然后赋予各类用户对此文件的不同存取权限。,共享时出错,2022

28、/12/20,97,使用九个二进制代码，每三位为一组，各组分别表示文件主、同组用户和其他用户对该文件的读写控制权限。例如，某文件的存取权限代码为111 101 001 111 101 001,文件主,同组用户,其他用户,三个二进制位分别表示权限R、W、E 。值为1，表示“可”,思考：其他用户可不可以读取该文件？,2022/12/20,98,病 毒,重在“预防”，按装防病毒软件，杀毒软件,2022/12/20,99,4.6.2 文件的保密 “文件保密”的含义，是指要防止他人窃取文件。 通常，可以采用口令和加密等方法，来达到保护文件不受侵犯的目的。,2022/12/20,100,口令用户为自己的每

29、个文件规定一个口令，附在文件目录中。存取文件时必须提供口令，当提供的口令与目录中的口令一致时，才允许被存取。,思考：如何为word或excel文件设置口令,2022/12/20,101,打开“工具”选项,2022/12/20,102,采用口令的方式保护文件，容易理解，也容易实现。但口令也容易遗忘、记错，给文件的使用带来不必要的麻烦。,2022/12/20,103,加密加密是使用某种密码对用户源文件进行变换，得到相应的密码文件，以此密码文件进行存储和传输。如： SO evol I,2022/12/20,104,24、用于文件保密的措施有( )A、建立文件的多个副本B、定时转储文件c、为文件设置口

30、令D、把明码文件转换成密码文件E、采用备份硬件,CD,2022/12/20,105,2022/12/20,106,4.7 基本文件操作及其使用,4.7.1 基本文件操作为方便用户使用文件，文件系统提供对文件的各种系统调用或命令：建立文件、打开文件、读文件、写文件、关闭文件和删除文件。,2022/12/20,107,建立文件： creat（文件名，文件属性，设备号） 该命令的主要功能是：向文件系统在指定的设备上申请一个空闲目录项，作为创建文件的FCB；把诸如文件名、创建日期等有关文件属性存入FCB。,文件控制块是文件存在的唯一标志,2022/12/20,108,打开文件：open（文件名）,主要

31、工作： 读入文件目录，并找到该文件的目录项（文件控制块) 核对用户口令，若与目录项中一致则允许打开 找出文件的外存位置，作为当前位置 给该文件做打开标志,2022/12/20,109,读文件：read（文件名，地址，n） 主要操作： 文件是否“打开”，若未打开，则先打开 核对存取方式是否合理 顺序存取：从当前位置读一块或几块信息到内存，并把后继信息作为新的当前位置 随机存取：根据记录号查索引表，得到存放位置然后读该记录到内存,2022/12/20,110,写文件：write（文件名，地址，n） 该命令的主要功能是：把内存中由“地址”开始的n个字节或记录的信息写到由文件名指定的文件中,2022/

32、12/20,111,关闭文件：close（文件名） 该命令的主要功能是：释放该文件在内存活动文件目录表里所占据的位置，用户在使用完一个文件后，应该及时将它关闭。,2022/12/20,112,撤消文件：delete（文件名） 该命令的主要功能是：收回该文件所占用的磁盘存储空间，收回该文件控制块所使用的目录项。,2022/12/20,113,思考： 当我们双击某word文件时，调用了那些文件操作？,调用了那个操作？,2022/12/20,114,13文件系统接到用户给出的“打开”文件的操作命令后，文件系统要完成的工作之一是（ ）A根据用户提供的参数在文件的目录项中填入文件名等文件属性B确定文件的

33、存储结构C把存储介质上的文件目录读入主存储器D按照给定的该文件的记录号查找索引表,2022/12/20,115,13.并非在打开文件时完成的操作是（）A.把文件目录读入主存储器B.按文件名检索文件目录C.把文件的索引表读入主存储器D.根据索引表确定文件在磁盘中的位置,2022/12/20,116,补充了解： Windows 2000文件系统,Windows 2000 Server操作系统中，文件结构可以分为文件和文件夹。 运行Windows 2000 Server的计算机磁盘分区中可以使用三种类型的文件系统：FAT, FAT32和NTFS,2022/12/20,117,2022/12/20,1

34、18,2.5.1 FAT文件系统 FAT（file allocation table)指的是文件分配表）包括FAT16和FAT32两种。它是适合小卷集、对系统安全性要求不高、需要双重引导的用户选择使用的文件系统。,2022/12/20,119,FAT文件系统启动时只使用非常小的开销，而NTFS系统需要引入额外的磁盘空间开销。故对于一般操作系统的用户来说，FAT是比较适合的。FAT文件系统没有安全特性，对安全性要求较高的系统用户来说， FAT就不太合适。,2022/12/20,120,2.5.2 NTFS(新技术文件系统) NTFS（new technology file system)是Win

35、dows 2000 Server推荐使用的高性能文件系统，它支持许多新的文件安全、存储和容错功能。,2022/12/20,121,1.NTFS简介 NTFS文件系统提供了更高的安全性、可靠性和兼容性，其设计目标就是在大容量的磁盘上能够快速地执行读、写和搜索等标准文件的操作，甚至像文件系统的恢复这样高级操作。,2022/12/20,122,安装系统时文件系统的选择,如果计算机作为单机使用，不需要考虑安全性方面的问题，更多地注重与Win 9X的兼容性，那么FAT32是最好的选择。,2022/12/20,123,如果计算机作为网络工作站或更多的追求系统的安全性，而且可以在单一的Win 2000模式下运行，强烈建议所有的分区都采用NTFS格式；,2022/12/20,124,如果要兼容以前的应用，需要安装Win 9X或其它的操作系统，建议做成多启动系统，这就需要两个以上的分区，一个分区采用NTFS格式，另外的分区采用FAT32格式，同时为了获得最快的运行速度建议将Win 2000的系统文件放置在NTFS分区上，其它的个人文件则放置在FAT32分区中,