静态存储管理与动态存储管理
存储管理 实验报告
存储管理实验报告存储管理实验报告一、引言存储管理是计算机系统中一个非常重要的组成部分，它负责管理计算机内存的分配、回收和保护。
本次实验旨在通过实际操作，深入理解存储管理的原理和技术，并探索不同的存储管理策略对系统性能的影响。
二、实验目的1. 理解存储管理的基本概念和原理；2. 掌握常见的存储管理算法和策略；3. 分析不同存储管理策略对系统性能的影响。
三、实验环境本次实验使用了一台配置较低的个人电脑，操作系统为Windows 10，内存容量为4GB。
四、实验内容1. 静态分区分配算法静态分区分配算法是最简单的存储管理算法之一。
在实验中，我们使用了最先适应算法（First Fit）和最佳适应算法（Best Fit）进行静态分区分配。
通过对比两种算法的分配效果，我们发现最佳适应算法在减少内存碎片方面表现更好。
2. 动态分区分配算法动态分区分配算法是一种更加灵活的存储管理策略。
在实验中，我们实现了首次适应算法（First Fit）和最佳适应算法（Best Fit）两种动态分区分配算法。
通过观察不同算法的分配效果，我们发现首次适应算法在处理大量小内存块时效率较高，而最佳适应算法在处理大内存块时表现更好。
3. 页面置换算法页面置换算法是虚拟内存管理中的重要组成部分。
在实验中，我们实现了最近最少使用（LRU）算法和先进先出（FIFO）算法两种页面置换算法。
通过模拟内存不足的情况，我们观察了不同算法对系统性能的影响。
结果显示，LRU算法在减少页面置换次数方面比FIFO算法更为优秀。
五、实验结果与分析通过本次实验，我们对不同的存储管理算法和策略进行了实际操作，并观察了它们对系统性能的影响。
实验结果显示，最佳适应算法在静态分区分配中表现更好，而首次适应算法在动态分区分配中效率更高。
在页面置换算法中，LRU 算法在减少页面置换次数方面更为出色。
六、实验总结本次实验通过实际操作，深入理解了存储管理的原理和技术，并探索了不同的存储管理策略对系统性能的影响。
操作系统原理第5章 存储管理
• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程，避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的， 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区，那么保留该分区为一 个独立的空闲分区，否则执行②；
• ②合并回收分区及其伙伴分区，从而得到一个尺寸（2I+1）更大的 回收空闲分区，转移到①；
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题，即内存空间需要不断地进行分裂和合并，频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则，以页帧为单位来分配内存，将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中，由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下： • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时，
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U，2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中，最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K，且2I-1<K≤2I，则将整个2I大小的 分区分配给该进程；否则，该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区，大小为2I-1；再判断K是否满足条件：2I-2<K≤2I-1，若满足条件， 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则，将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区；此过程一直继续进行，直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J，将2I-J大小的分区分配给该 进程；当I-J-1<S时，系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区，将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕，释放一个尺寸为2I的分区时，系统用下面的算法 回收该分区。
操作系统大题总结解答
处理机的执行模式与执行状态大多数处理器都至少支持两种执行模式，一种是同操作系统有关的模式，另一种则是同用户程序有关的模式。
较低特权的模式称为用户模式。
较高特权的模式称系统模式、控制模式或内核模式。
内核模式能执行所有的指令，访问所有的内存； 用户模式则只能执行有限的指令，访问规定的内存处理器往往有一个或多个寄存器来保存处理器模式信息——程序状态字（PSW ）为了防止操作系统及其关键数据（如PCB ）遭到用户程序有意或无意的破坏，通常将处理机的执行状态分为两种：核心态与用户态核心态又称管态、系统态，是操作系统管理程序执行时机器所处的状态。
它具有较高的特权，能执行一切指令，能访问所有的寄存器和存储区。
用户态又称目态，是用户程序执行时机器所处的状态。
它具有较低的特权，只能执行规定的指令和只能访问指定的寄存器和存储区。
信号量练习2.某电话亭每一时刻最多只能容纳一个人打电话。
来打电话的人，如果看到电话亭空闲，则直接进入电话亭打电话；如果看到电话亭里正有人在打电话，则在外面排队等候，直到轮到自己，再进入电话亭打电话。
请用信号量来表达打电话的进程对电话机的互斥使用逻辑。
该电话亭每次只能容纳一个人打电话（进程）使用，所以是一个临界资源，资源量为1，各进程要互斥使用。
用信号量来表达资源的数量：semaphore mutex=1；（或empty=1） main( ) { CobeginPi （ ）；//(i=1,2,3,4,……); Coend }练习3.某电话亭共有3台电话机，即能容纳3个人（3个进程）同时打电话。
来打电话的人，如果看到电话亭有空闲机子，则直接进入电话亭打电话；如果看到电话亭人满，则在外面排队等候，直到轮到自己再进入电话亭打电话。
请用信号量机制表达打电话的进程对电话机资源的使用限制。
用信号量来表达空闲的电话机数：资源量的初值为3（表示开始时有3semaphore empty=3； main （ ） { CobeginPi （ ）; i=1,2,3,…… Coend }4.生产者-消费者问题一个说明空缓冲单元的数目，用empty 表示，其初值为有界缓冲区的大小n ，另一个说明满缓冲单元的数目，用full 表示，其初值为0。
计算机操作系统第四章-存储器管理
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。
但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。
2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。
(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。
1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。
物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。
Docker容器的静态和动态资源配置
Docker容器的静态和动态资源配置Docker是一种开源的容器化平台，可以轻松地打包、分发和运行应用程序。
它提供了一种资源隔离和快速部署的方式，使得应用程序可以在各种环境中运行，无需担心环境依赖问题。
在使用Docker时，静态和动态资源的配置是非常重要的，本文将探讨Docker容器的静态和动态资源配置以及相关的最佳实践。
一、静态资源配置1. CPU配置在Docker容器中，可以通过`--cpu-shares`选项来配置CPU的使用权重。
该值可以表示为相对权重，范围为0到1024，值越大表示权重越高。
通过调整这个权重，可以确保CPU在容器中的分配具有一定的公平性。
另外，还可以通过`--cpuset-cpus`选项来指定容器可以使用的CPU核心。
这对于需要绑定到特定核心的应用程序非常有用，可以提高性能并减少资源的浪费。
2. 内存配置Docker容器可以通过`--memory`和`--memory-swap`选项来配置内存的限制。
`--memory`选项用于指定容器可以使用的物理内存数量，单位可以是字节、千字节、兆字节或者吉字节。
`--memory-swap`选项用于指定容器可以使用的swap空间的大小，如果没有设置该选项，则默认值为内存的两倍。
在进行内存配置时，需要注意防止容器占用过多的内存资源，导致系统资源紧张或者其他容器无法正常运行。
建议根据应用程序的实际需求进行合理的内存配置。
3. 磁盘配置Docker容器使用的磁盘空间可以通过`--storage-opt`选项来配置。
该选项可以指定磁盘驱动程序和相关的参数，以满足应用程序对磁盘空间的需求。
在进行磁盘配置时，需要注意保持磁盘空间的充足，以防止容器中的应用程序无法正常运行或者数据丢失。
二、动态资源配置1. 自动扩缩容Docker Swarm是Docker的集群管理工具，可以用于自动扩缩容容器。
通过在Swarm集群中创建服务，可以根据应用程序的需求自动调节容器的数量。
编译技术名词解释
基本知识编译程序：就是指这样一种程序，通过它能够将用高级语言编写的源程序转换成与之在逻辑上等价的低级语言形式的目标程序解释程序与编译程序的主要区别是：*编译程序将源程序翻译成目标程序后再执行目标程序*解释程序则是逐条读出源程序中的语句并解释执行，即在解释程序的执行过程中并不产生目标程序。
形式化方法是用一整套带有严格规定的符号体系来描述问题的方法。
文法是程序语言的生成系统自动机是程序语言的识别系统推导的每一步都是对当前句型中的最右非终结符用相应产生式的右部进行替换，这样的推导称为最右推导（规范推导）最右推导的逆过程称为最左归约（规范归约)。
符号串集合的正闭包：设A是符号串的集合，则称A+为符号串集A的正闭包。
具体定义如下：A+＝A1∪A2∪A3…符号串集合的(星)闭包：设A是符号串的集合，则称A*为符号串集A的星闭包。
具体定义如下：A*＝A0∪A1∪A2∪A3…二义性文法：文法G[S]的一个句子如果存在两棵不同的语法树，或者能找到两种不同的最左推导(或最右推导)，则称这个文法是二义性的。
先天二义性文法：对于一个二义性文法G[S]，如果能找到一个非二义性文法G'[S]，使得L(G')=L(G)，则该二义性文法的二义性是可以消除的。
如果找不到这样的G'[S]，则二义性文法描述的语言为先天二义性的。
推导的每一步都是对当前句型中的最右非终结符用相应产生式的右部进行替换，这样的推导称为最右推导（规范推导）最右推导的逆过程称为最左归约（规范归约)。
符号串长度:｜ab｜＝2，｜ε｜＝0。
四元式，逆波兰，划分基本块，作流图一个句型的最左直接短语称为该句型的句柄。
语法树的某个结点连同它的所有后代组成了一棵子树。
2型文法：文法G的每一个产生式具有下列形式：A→α其中，A∈VN，α∈V*，则称文法G为2型文法或上下文无关文法。
3型文法：文法G的每个产生式具有下列形式：A→α或A→αB其中，A、B∈VN，α∈VT*，则文法G称为3型文法、正规文法或右线性文法在编译方法中：通常用3型文法（正规文法）来描述高级程序语言的词法部分，然后用有限自动机FA来识别高级语言的单词。
动态数据、静态数据分而制之
动态数据、静态数据分而制之作者：杨洋来源：《中国计算机报》2008年第30期根据形态和应用特点的差异，存储系统中的数据被分为两类：动态数据和静态数据。
动态数据是指在网络中传输的数据，而静态数据主要是指存储在磁盘、磁带等存储介质中的数据。
安全存储系统对动态数据和静态数据的保护需要根据各自的特点，分别使用不同的实现机制。
汉帆（杭州）信息技术有限公司（Hifn）分别针对动态和静态数据保护推出了全面的解决方案。
动态数据的保护动态数据一般都基于IP网络传输，对它们的保护可以直接借用比较成熟的网络安全机制，采用IPsec协议簇实现全面的保护，另外还需要参照RFC3723等标准文档，以满足存储系统的特殊需求。
与普通网络的IPsec实现相比，存储系统往往对网络性能有更高的要求，一般都在千兆以上，同时，复杂的存储应用需要消耗大量的主机CPU和内存等，能够用以进行安全处理的资源非常有限。
为了保证系统的正常运行，存储应用还需要安全处理具有高可靠性、低延时、低功耗等特性。
在具体实施中，普通的网络安全处理机制一般很难充分满足这些要求，而Hifn 推出的FlowThrough架构则完美地解决了上述问题，为存储系统中动态数据保护提供了上佳的解决方案。
基于FlowThrough架构，系统以BITW（Bump in the wire）结构实现了包括密钥协商阶段消息交换（IKE）在内的全部安全协议处理（IPsec/SRTP/MACsec），将主CPU从复杂而繁重的安全处理中彻底解放出来。
FlowThrough安全处理器使主CPU只需要进行普通的明文数据处理，安全应用实现了透明化。
Hifn 4450安全处理器是Hifn基于FlowThrough架构的第二代产品，并针对存储应用进行了专门优化，已经在各主要存储厂商的产品中获得了广泛应用。
Hifn 4450直接通过GMAC接口与主机CPU连接，大大简化系统结构，在提供2Gb/s的全双工线速安全处理的同时，实现报文处理延时的最小化。
（存储管理）存储管理的四大基本功能
（存储管理）存储管理的四⼤基本功能
存储管理的四⼤基本功能
1、内存分配与回收
当有作业进⼊系统时，存储管理模块就会根据当前内存情况来分配内存给它；当作业完成后，就会回收作业占⽤的内存，将这部分内存设置为可分配状态。
分配⽅式主要有两种：
静态分配：作业在运⾏之前，已经明确所需内存的⼤⼩，并且⼀次性分配；作业在运⾏的时候，不可以重新申请或移动内存。
动态分配：作业在运⾏期间，可以根据需要动态申请内存。
⽐静态分配灵活，并且能够提⾼内存的利⽤率，避免因静态分配导致不必要的信息加载到内存中。
2、地址重定位
实现程序的逻辑地址和物理地址转换，并根据物理地址重定位到物理空间。
程序中，基本都是⽤符号名来访问存储单元的。
⽽符号名存储的是逻辑地址，⽽逻辑地址可以转化为物理地址，最后可以通过物理地址直接定位存储单元。
其中重定位⼀共有两种⽅式：
3、存储保护
存储保护是为了防⽌程序越界访问、破坏其他程序或系统的存储区。
较为普遍的存储保护⽅法是：硬件的界限存储器保护法，并且还分为两种实现⽅法。
4、虚拟存储
程序的局部性分为：时间和空间的局部性。
时间局部性：某条指令被执⾏，那么在不久的将来也会被再次执⾏。
空间局部性：⼀旦程序访问某个存储单元的数据，那么不久的将来，这个存储单元附近的存储单元也可能会被访问。
由于程序的局部性原理，很多数据没有必要全部加载到内存。
因此就将那些不必要的数据暂存在外存中，等到需要的时候再调⼊到内存中。
这部分外存就充当虚拟内存，也叫虚拟存储。
运行时存储空间的组织和管理
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运行时存储空间的组织和管理
栈式存储管理
一、允许过程(函数)递归调用的数据存储管理 1、语言特点
允许过程（函数）的递归调用，但不允许定义嵌套的过 程（函数），也不许使用可变数组。如C语言。 2、栈式存储分配： 每进入一个过程，就有相应的数据区建立在栈顶。当程 序开始运行前，用于建造数据区的栈是空栈。当开始进入 主程序执行语句前，便在栈中建立全局变量和主程序数据 区。在主程序中若有调用过程的语句时，便在栈顶累筑该 过程的活动记录。在进入过程后执行过程的可执行语句前 再把局部数组累筑于栈顶，若还有调用过程的语句就重复 上述过程。
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运行时存储空间的组织和管理
注：
(1)直系外层是指从0层开始直到当前过程，即当前 过程的所有直系祖先；
(2)可将本过程display表放在其活动记录中的形式单 元之上
(3)也可将全局display地址存储在本过程的活动记录 中(在返回地址之上)。
(4)因为当前过程的层数是确定的，所以它的 display表也是确定的。
X:=2[TOP]；Jmp 0[X]
注：若是过程调用，则不必回送结果，其他相同。
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运行时存储空间的组织和管理
二、嵌套过程语言的栈式存储管理
1、语言特点
既允许过程嵌套，也允许过程递归调用。
2、存储管理方式
1)根据嵌套过程语言的规定，由变量的最小作用域 原则，一个过程可以引用包围它的任意外层过程 所定义的变量和数组。所以，运行时过程必须知 道它所有直系外层过程的最新活动记录的地址。
2)由于允许递归，过程活动记录的位置是动态变化 的。因此，每个活动记录中必须设法记住直系外 层的最新活动记录的位置，以处理递归。
动态库与静态库优缺点比较
动态库与静态库优缺点比较
动态库（Dynamic Link Library）和静态库（Static Library）是计算机编程中常用的代码库，用于存储和管理可重用的代码片段。
它们分别有各自的优点和缺点，下面将对两者进行比较并详细解释它们的特点。
1. 动态库（Dynamic Library）
动态库是一种在运行时被载入内存并执行的库。
以下是动态库的优点和缺点：
优点：
1.1节省内存空间：动态库在编译时不会被链接到可执行文件中，所以多个程序可以共享同一个动态库，节省内存空间。
1.2可更新：动态库可以独立于程序进行更新，从而为程序提供新的功能或修复漏洞。
C语言内存管理堆栈和静态存储区
C语言内存管理堆栈和静态存储区C语言内存管理：堆、栈和静态存储区C语言作为一种高效而强大的编程语言，其内存管理是程序员必须掌握的重要内容之一。
本文将重点介绍C语言中的内存管理中的堆、栈以及静态存储区。
一、堆堆是C语言中用于动态内存分配的一块内存区域。
在程序运行时，可以通过函数malloc()和calloc()来申请堆空间，通过函数free()来释放堆空间。
堆的特点：1. 大小可变：堆中的内存空间大小可以在程序运行时进行动态调整。
2. 生命周期自由控制：通过malloc()或calloc()分配的堆空间，在不再使用后，需要程序员手动调用free()函数进行释放。
堆的使用场景：1. 动态数组：当程序无法预先知道数组大小时，可以使用堆来动态申请空间。
2. 链表：链表结构通常需要通过堆来进行动态内存分配。
二、栈栈是C语言中用于函数调用和局部变量存储的一块内存区域。
在函数调用过程中，栈会记录函数的调用顺序、调用参数以及局部变量等。
栈的特点：1. 后进先出：栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，函数调用时会依次将函数入栈，并在函数返回时依次出栈。
2. 自动管理：栈内存的分配和释放是由编译器自动完成的，程序员无需手动管理。
栈的使用场景：1. 函数调用：栈用于管理函数的调用顺序以及函数内部的局部变量。
2. 递归：递归函数的调用过程涉及到栈的递归压栈和递归出栈。
三、静态存储区静态存储区是C语言中使用static关键字声明的变量所存储的内存区域。
在程序运行期间，静态变量在内存中的位置始终不变，且仅在程序结束时才会释放。
静态存储区的特点：1. 生命周期长：静态变量在程序运行期间都存在，不依赖于函数的调用和返回。
2. 全局可访问：静态变量可以在整个程序中被访问，不受函数作用域的限制。
静态存储区的使用场景：1. 全局变量：使用static关键字声明的全局变量存储在静态存储区中，可以在整个程序中被访问。
2. 共享数据：多个函数之间需要共享的数据可以使用静态变量来实现。
ROM和RAM详解
R O M和R A M指的都是半导体存储器，R O M是R e a d O n l yM e m o r y的缩写，R A M是R a n d o m A c c e s s M e m o r y的缩写。
R O M在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而R A M通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的R A M就是计算机的内存。
R A M有两大类，一种称为静态R A M（S t a t i c R A M/S R A M），S R A M 速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如C P U的一级缓冲，二级缓冲。
另一种称为动态R A M（D y n a m i c R A M/D R A M），D R A M保留数据的时间很短，速度也比S R A M慢，不过它还是比任何的R O M都要快，但从价格上来说D R A M相比S R A M要便宜很多，计算机内存就是D R A M的。
D R A M分为很多种，常见的主要有F P R A M/F a s t P a g e、E D O R A M、S D R A M、D D R R A M、R D R A M、S G R A M以及W R A M等，这里介绍其中的一种D D R R A M。
D D R R A M（D a t e-R a t e R A M）也称作D D R S D R A M，这种改进型的R A M和S D R A M是基本一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据，这样就使得数据传输速度加倍了。
这是目前电脑中用得最多的内存，而且它有着成本优势，事实上击败了I n t e l的另外一种内存标准－R a m b u s D R A M。
在很多高端的显卡上，也配备了高速D D R R A M来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。
内存工作原理：内存是用来存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存（即D R A M），动态内存中所谓的"动态"，指的是当我们将数据写入D R A M后，经过一段时间，数据会丢失，因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。
操作系统原理第5章
第5章 存储管理
• 第二机会算法——Second-Chance Algorithm
分区的分配与回收
1. 固定分区的分配与回收 2. 动态分区的分配与回收 存储分配算法
首次适应算法——first fit algorithm 最佳适应算法——best fit algorithm 最差适应算法——worst fit algorithm 循环首次适应算法——Circular first fit algorithm 3. 动态分区的回收与拼接 4. 几种分配算法的比较
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(NUR——Not Used Recently或者NRU——Not Recently Used)
引用位(1bit)
附加位(8bit)
若某页的移位寄存器的值为00000000，则该页在8个时间间 隔内没有被使用过。若某页的移位寄存器的值为11111111，则 该页在每个时间间隔内至少使用过1次。
若页A的移位寄存器的值为11000100，页B的移位寄存器的 值为01110111，则淘汰页B。
22
第5章 存储管理
First–In–First–Out (FIFO) Algorithm
• Three Page Frames
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操作系统：存储器管理
操作系统：存储器管理⽬录存储器管理随着计算机技术的发展，系统软件和应⽤软件在种类、功能上都急剧地膨胀。
存储器容量扩⼤仍不能满⾜现代软件发展的需要，因此存储器仍然是⼀种宝贵⽽⼜稀缺的资源。
存储器管理的主要对象是内存，对存储器的管理直接影响到存储器的利⽤率和系统性能也。
对外存的管理与对内存的管理相类似，只是外存主要是⽤来存放⽂件。
存储器在计算机执⾏时⼏乎每⼀条指令都涉及对存储器的访问，因此要求存储器的速度必须⾮常快，能与处理机的速度相匹配。
此外还要求存储器具有⾮常⼤的容量，且价格还应很便宜。
但是实际上鱼和熊掌不可兼得，所以在现代计算机系统中都采⽤了多层结构的存储器系统。
存储器的层次结构对于通⽤计算机⽽⾔，存储层次⾄少应具有三级：CPU 寄存器、主存、辅存。
实际情况下还可以根据具体的功能细分为寄存器、⾼速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等 6 层。
在存储层次中的层次越⾼，则存储介质越靠近 CPU、访问速度越快，相对的价格也越⾼且存储容量也越⼩。
寄存器、⾼速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于操作系统存储管理的管辖范畴，掉电后它们中存储的信息不再存在。
⽽低层的固定磁盘和可移动存储介质则属于设备管理的管辖范畴，存储的信息将被长期保存。
可执⾏存储器寄存器和主存储器⼜被称为可执⾏存储器，进程可以在很少的时钟周期内使⽤⼀条 load 或 store 指令对可执⾏存储器进⾏访问。
对辅存的访问则需要通过 I/O 设备实现，在访问中将涉及到中断、设备驱动程序以及物理设备的运⾏，辅存的所需耗费的时间远远⾼于访问可执⾏存储器的时间。
操作系统的存储管理负责对可执⾏存储器的分配、回收，以及提供在存储层次间数据移动的管理机制。
寄存器具有与处理机相同的速度，对寄存器的访问速度最快，但价格昂贵且容量笑。
主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，⽤于保存进程运⾏时的程序和数据。
通常处理机都是从主存储器中取得指令和数据的，并将其所取得的指令放⼊指令寄存器中，所读取的数据装⼊到数据寄存器中，或者将寄存器中的数据存⼊到主存储器。
动态数据结构与静态数据结构的比较
动态数据结构与静态数据结构的比较数据结构在计算机科学中起着至关重要的作用，它是组织和存储数据的方式，能够高效地进行数据操作和管理。
在数据结构中，动态数据结构和静态数据结构是两种常见的类型，它们各自具有特点和优势。
本文将对动态数据结构和静态数据结构进行比较，探讨它们的异同点以及在不同场景下的应用情况。
一、动态数据结构动态数据结构是指在程序运行过程中，数据结构的大小和结构可以动态地改变的一种数据结构。
常见的动态数据结构包括链表、树和图等。
动态数据结构的大小可以根据实际需求进行动态调整，具有灵活性和高度的扩展性。
在动态数据结构中，插入和删除操作比较方便，不需要提前知道数据的大小，可以根据需要进行动态调整。
动态数据结构的优点在于可以根据实际情况进行动态调整，适用于数据量不确定或需要频繁插入和删除操作的场景。
例如，在实时数据处理、动态网络连接等应用中，动态数据结构能够更好地适应数据的变化，提高系统的灵活性和效率。
二、静态数据结构静态数据结构是指在程序运行前就确定大小和结构的数据结构，无法动态改变。
常见的静态数据结构包括数组、堆栈和队列等。
静态数据结构在创建时需要确定数据的大小，不支持动态调整，插入和删除操作相对困难。
静态数据结构的优点在于数据结构简单、效率高，适用于数据量确定且不需要频繁修改的场景。
静态数据结构适用于对数据进行静态存储和查询的场景，例如数据库索引、静态配置信息等。
由于静态数据结构在创建时就确定了大小和结构，因此在数据量较大且不需要频繁修改的情况下，静态数据结构能够提供更高的性能和稳定性。
三、动态数据结构与静态数据结构的比较1. 灵活性：动态数据结构具有较高的灵活性，能够根据实际需求动态调整大小和结构；而静态数据结构在创建时就确定了大小和结构，无法动态改变。
2. 操作效率：动态数据结构适用于频繁插入和删除操作的场景，操作效率较高；静态数据结构适用于静态存储和查询的场景，操作效率也较高。
3. 适用场景：动态数据结构适用于数据量不确定或需要频繁修改的场景，能够提高系统的灵活性和效率；静态数据结构适用于数据量确定且不需要频繁修改的场景，能够提供更高的性能和稳定性。
某操作系统采用动态分区分配存储管理方法
某操作系统采用动态分区分配存储管理方法动态分区分配存储管理方法是一种常见的操作系统存储管理策略。
它通过将内存分为多个大小不等的分区，以适应不同程序和数据的内存需求。
每个分区可以被动态地分配给不同的进程，从而实现了高效的内存利用。
在这篇文章中，我们将介绍动态分区分配存储管理方法的原理、优点和缺点，以及它在实际操作系统中的应用。
动态分区分配存储管理方法的原理是将可用的内存划分为不同大小的分区，每个分区可以被分配给一个进程来使用。
当一个进程需要内存时，操作系统将会分配一个合适大小的分区给该进程。
而当进程不再需要内存时，操作系统将会将该分区释放，以便其他进程可以使用它。
这种方式可以有效地避免内存碎片的问题，提高内存利用率。
与静态分区分配存储管理方法相比，动态分区分配存储管理方法具有以下几个优点：1.高效的内存利用：动态分区分配存储管理方法可以根据不同进程的需求动态地分配内存，从而最大限度地提高内存利用率。
2.灵活性：动态分区分配存储管理方法允许内存的分配和释放是动态的，进程可以根据需要动态地申请或释放内存空间，提高了系统的灵活性。
3.适应性强：动态分区分配存储管理方法可以根据不同进程的需求，动态地调整内存分区大小，以适应不同程序和数据的内存需求。
然而，动态分区分配存储管理方法也存在一些缺点：1.内存碎片：由于内存分配和释放是动态的，可能会导致内存碎片的问题。
即使内存总量足够，但是由于内存空间的不连续分配，可能会导致大量的碎片化内存空间无法利用。
2.空间浪费：分配给一个进程的分区大小通常会略大于进程的实际需要，以避免分配不足的情况。
这可能会导致一些内存空间的浪费。
3.分配算法复杂：动态分区分配存储管理方法需要设计合适的分配算法来选择合适的分区来满足进程的需求。
这可能会导致一些分配算法的复杂性。
在实际操作系统中，动态分区分配存储管理方法被广泛应用。
例如，Windows操作系统使用的虚拟内存管理策略中的分页文件功能就是基于动态分区分配存储管理方法实现的。
操作系统中存储器管理的主要功能
操作系统中存储器管理的主要功能存储器管理是操作系统中的核心组成部分之一，它主要负责管理计算机中的存储器资源，以便有效地分配和利用存储空间，并且为不同的程序和进程提供安全的访问。
在操作系统中，存储器管理的主要功能包括内存分配、内存保护、内存扩充、内存回收和换页操作。
内存分配内存分配是指操作系统根据进程的需要以及存储器的可用空间，为进程分配合适的内存空间。
在操作系统启动时，它会将系统的内存划分为多个连续的内存块，每个内存块可以用来存储一个进程或一部分进程。
内存分配可以通过两种方式进行：静态分配和动态分配。
静态分配是在程序编译或装载时进行的，操作系统会为每个进程分配固定大小的内存空间。
这种方式简单、高效，但是会导致内存的浪费和碎片化的问题。
动态分配则是在程序运行时进行的，操作系统根据进程的需要动态地分配内存空间，使得进程能够根据实际需求来使用存储空间。
内存保护内存保护是操作系统中存储器管理的重要功能之一，它主要通过权限控制来保护进程的内存空间。
每个进程被分配的内存空间应该是相互独立的，进程之间不能相互干扰或篡改彼此的数据。
操作系统通过给每个进程设置访问权限，限制进程对其他进程内存空间的访问，从而保护了每个进程的数据安全。
为了实现内存保护，操作系统使用地址映射、地址转换和访问控制等方法。
地址映射将逻辑地址转换为物理地址，以便进程能够正确访问内存。
地址转换是通过分页或分段的方式来实现的，将逻辑地址划分为不同的页或段，并映射到实际的物理地址上。
访问控制则是通过设置访问权限位来限制进程对内存空间的访问。
内存扩充随着计算机系统的发展，存储器的容量需求也越来越大。
内存扩充是操作系统中存储器管理的重要任务之一，它可以通过两种方式实现：覆盖和交换。
覆盖是指将进程的一部分数据从内存中移出，然后将新的数据加载到内存中。
这种方式适用于内存空间有限的情况下，可以有效地利用存储资源。
但是，由于数据的移动会导致额外的开销和延迟，因此需要谨慎使用。
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P0
每个过程的活动记录内容(嵌套语言) P2
P1 ...
TOP 临时单元 内情向量
...
连接数据
...
➢返回地址
局部变量
➢动态链：指向调用该
形式单元
2 静态链 1 动态链
过程前的最新活动记 录地址的指针。 ➢静态链：指向静态直 接外层最新活动记录
每个公用块定义一个公用数据区，用来存放公用 块里各个名字的值
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每个数据区有一个编号，地址分配时，在 符号表中，对每个数据名登记其所属数据 区编号及在该区中的相对位置
每个局部数据区的内容及存放次序
临时变量
数组
简单变量
A
形式单元
1 寄存器保护区
0
返回地址
15
考虑子程序段：
SUBROUTINE SWAP(A,B) T=A A=B B=T RETURN END
编译原理
第九章 运行时存储空间组织
1
第九章 运行时存储空间组织
目标程序运行时的活动 运行时存储器的划分 静态存储管理 一个简单栈式存储分配 嵌套过程语言的栈式实现
2
第九章 运行时存储空间组织
目标程序运行时的活动 运行时存储器的划分 静态存储管理 一个简单栈式存储分配 嵌套过程语言的栈式实现
R的活动记录 Q的活动记录 主程序活动记录
void Q( ){
参数个数
全局数据区
Q中的数据说明返回地址
}
老SP
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9.4.1 C的活动记录
每个过程的活动记录内容如图:
TOP
2 1 SP 0
临时单元 内情向量 局部变量 形式单元 参数个数 返回地址
老SP
对任何局部变量X的引 用可表示为变址访问:
dx[SP] dx: 变量X相对于活 动记录起点的地址， 在编译时可确定。
4) 过程返回时，应执行下列指令:
TOP:=SP-1 (恢复调用前TOP) SP:=0[SP] (恢复调用前SP) X:=2[TOP] (把返回地址取到X中)
内情向量 局部变量 形式单元 参数个数
UJ 0[X] (按X返回)
返回地址
SP 老SP
TOP 调用过程的
SP 活动记2录4
小结
运行时存储器的划分
SP 0 返回地址
地址的指针，用来访
问非局部数据。
9
每个过程的活动记录内容
TOP
2 1 SP 0
临时单元 内情向量 局部变量 形式单元
静态链 动态链 返回地址
形式单元：存放相 应的实在参数的地 址或值。
局部数据区：局部 变量、内情向量、 临时工作单元（如 存放对表达式求值 的结果）。
10
9.2.3 存储分配策略
20
9.4.2 C的过程调用、过程进入、 数组空间分配和过程返回
过程调用的语句
P(T1, T2, …, Tn )
翻译成四元式序列
par T1 par T2 … par Tn call P，n
21
对于par和call产生的目标代码如下:
1) 每个par Ti(i=1,2,…n)可直接翻译成如下指令:
a+4
T
a+2
B
a
A
1 寄存器保护区 0 返回地址
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第九章 运行时存储空间组织
目标程序运行时的活动 运行时存储器的划分 静态存储管理 一个简单栈式存储分配 嵌套过程语言的栈式实现
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9.4 一个简单栈式存储分配
假定语言的特点为
允许过程递归调用、允许过程含有可变数组 过程定义不允许嵌套，如C语言
静态分配策略(FORTRAN) 如果在编译时能确定数据空间的大小，则可采用静 态分配方法：在编译时刻为每个数据项目确定出在 运行时刻的存储空间中的位置。
动态分配策略(PASCAL) 如果在编译时不能确定运行时数据空间的大小， 则必须采用动态分配方法。允许递归过程和动态申 请释放内存。 栈式动态分配 堆式动态分配
(i+3)[TOP]:= Ti
(传值)
(i+3)[TOP]:=addr(Ti) (传地址)
临时单元 内情向量
2) call P，n 被翻译成: 1[TOP]:=SP (保护现行SP) 3[TOP]:=n (传递参数个数) JSR P (转子指令)
局部变量 形式单元 参数个数 返回地址
老SP TOP 调用过程的 SP 活动记2录2
To understand a program you must become both the machine and the program.
名字
性质
地址
NAME ATTRIBUTE DA ADDR
SWAP 子程序，二目
A 哑，实变量 k a
B 哑，实变量 k a+2
T
实变量 k a+4
Alan J. Perlis
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第九章 运行时存储空间组织
目标程序运行时的活动 运行时存储器的划分 静态存储管理 一个简单栈式存储分配 嵌套过程语言的栈式实现
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9.3 静态存储管理
PROGRAM MAIN …
integer X，Y COMMON /C/A，B
… END SUBROUTINE SUB1
… real X，Z COMMON /C/A1，B1
3
编译程序组织存储空间须考虑的问题
部名称
的值如何处理？ 过程是否允许引用非局部名称？ 过程调用时如何传递参数；过程是否可以做为
参数被传递和做为结果被返回？ 存储空间可否在程序控制下进行动态分配？ 存储空间是否必须显式地释放？
4
9.2 运行时存储器的划分
采用栈式存储分配机制 活动记录
运行时，每当进入一个过程就有一个相应的活 动记录累筑于栈顶
此记录含有连接数据、形式单元、局部变量、 局部数组的内情向量和临时工作单元等
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全局数据说明
主程序 →过程Q
Main( ) {
→过程R
Main中的数据说明
}
临时单元TOP
void
} …
RR中( )的{ 数据说明内局情部向变量量TTOOSSPPPP 形式单元 SP
采用栈式存储分配机制 活动记录
运行时，每当进入一个过程就有一个相应的活 动记录累筑于栈顶
此记录含有连接数据、形式单元、局部变量、 局部数组的内情向量和临时工作单元等
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每个过程的活动记录内容(非嵌套语言)
TOP
2 1 SP 0
临时单元 内情向量 局部变量 形式单元 参数个数 返回地址
老SP
对任何局部变量X的引 用可表示为变址访问:
… END
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9.3 静态存储管理
FORTRAN程序的特点
整个程序所需数据空间的总量在编译时完全确定 每个数据名的地址可以静态地进行分配
每个FORTRAN 程序段可以独立编译，运行 前由装入程序把各段连成可运行的整体
按数据区组织存储
每个程序段定义一个局部数据区，用来存放程序 段中未出现在COMMON里的局部名的值
活动记录
静态存储管理 一个简单栈式存储分配
C的活动记录 C的过程调用、过程进入、数组空间分配和过
程返回
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一个目标程序运行所需的存储空间包括
存放目标代码的空间 存放数据项目的空间 存放程序运行的控制或连接数据所需单元(控制
栈)
5
程序在运行时刻的内存划分
代码(Code) 静态数据
(Static Data) 栈(Stack) 堆(Heap)
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9.2.2 活动记录
假定语言的特点
允许过程递归调用、允许过程含有可变数组 过程定义不允许嵌套，如C语言
TOP 临时单元
3) 转进过程P后，首先执行下述指令 内情向量
SP:=TOP+1
(定义新的SP)
局部变量
1[SP]:=返回地址 (保护返回地址)
形式单元
TOP:=TOP+L
(新TOP)
L：过程P的活动记录所需单元数，
参数个数
在编译时可确定。
返回地址
SP 老SP
TOP
调用过程的活
SP
动记录23
TOP 临时单元