程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織及管理

程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織及管理目錄內(nèi)存管理存儲(chǔ)管理文件系統(tǒng)外存管理存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)01內(nèi)存管理存放程序代碼，不允許隨意讀寫，也不允許進(jìn)程間互相訪問。代碼區(qū)分為全局變量區(qū)、靜態(tài)變量區(qū)和堆區(qū)。全局和靜態(tài)變量在程序開始運(yùn)行時(shí)分配，在程序結(jié)束時(shí)釋放；堆區(qū)用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，由程序員控制其生命周期。數(shù)據(jù)區(qū)存放局部變量、函數(shù)調(diào)用的返回地址等，具有先進(jìn)后出的特點(diǎn)。堆棧區(qū)內(nèi)存分區(qū)靜態(tài)分配在編譯時(shí)確定變量或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)空間大小，并在程序運(yùn)行時(shí)一次性分配。動(dòng)態(tài)分配在程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要分配或釋放存儲(chǔ)空間。如C語言的malloc和free函數(shù)、C的new和delete操作符等。棧式分配由操作系統(tǒng)自動(dòng)管理，無需程序員手動(dòng)分配和釋放。內(nèi)存分配方式通過設(shè)置不同的訪問權(quán)限，如讀、寫、執(zhí)行等，來防止對(duì)內(nèi)存的非法訪問。內(nèi)存訪問權(quán)限內(nèi)存越界檢測(cè)段式保護(hù)核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)與寫時(shí)復(fù)制技術(shù)通過編譯器或運(yùn)行時(shí)環(huán)境檢查數(shù)組下標(biāo)是否越界、指針是否越界等，以防止對(duì)無效內(nèi)存的訪問。將內(nèi)存劃分為不同的段，每個(gè)段有不同的訪問權(quán)限，以防止對(duì)敏感區(qū)域的非法訪問。核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)用于記錄進(jìn)程在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的內(nèi)存映像，寫時(shí)復(fù)制則用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的數(shù)據(jù)隔離。內(nèi)存保護(hù)02存儲(chǔ)管理磁盤存儲(chǔ)概述01磁盤存儲(chǔ)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備，通常由多個(gè)磁盤組成，通過旋轉(zhuǎn)和磁頭讀寫數(shù)據(jù)。磁盤類型02根據(jù)存儲(chǔ)容量、讀寫速度和數(shù)據(jù)保護(hù)方式的不同，磁盤存儲(chǔ)可以分為多種類型，如機(jī)械硬盤（HDD）和固態(tài)硬盤（SSD）。磁盤性能03磁盤性能主要取決于讀寫速度、存儲(chǔ)容量和可靠性。隨著技術(shù)的發(fā)展，磁盤的讀寫速度和存儲(chǔ)容量不斷提高，可靠性也得到了顯著提升。磁盤存儲(chǔ)高速緩存高速緩存是一種用于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的技術(shù)，通過將常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高速存儲(chǔ)介質(zhì)中，以便快速訪問。緩存替換策略當(dāng)緩存已滿時(shí)，需要選擇合適的替換策略以決定哪些數(shù)據(jù)被移出緩存。常見的替換策略包括最近最少使用（LRU）、先進(jìn)先出（FIFO）等。緩存一致性在多處理器系統(tǒng)中，需要保證緩存的一致性以避免數(shù)據(jù)不一致的問題。為此，需要采用適當(dāng)?shù)木彺嬉恢滦詤f(xié)議。高速緩存概述虛擬存儲(chǔ)器概述虛擬存儲(chǔ)器是一種將物理內(nèi)存和磁盤存儲(chǔ)結(jié)合起來的抽象層，為用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一的地址空間。頁式存儲(chǔ)管理頁式存儲(chǔ)管理是一種常見的虛擬存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)方式，它將物理內(nèi)存劃分為固定大小的頁框，并將這些頁框映射到虛擬地址空間中。替換算法當(dāng)物理內(nèi)存已滿時(shí)，需要選擇合適的替換算法以決定哪些頁框被移出內(nèi)存。常見的替換算法包括最近最少使用（LRU）、先進(jìn)先出（FIFO）等。010203虛擬存儲(chǔ)器03文件系統(tǒng)文件存儲(chǔ)方式文件系統(tǒng)采用不同的存儲(chǔ)方式，如順序存儲(chǔ)和鏈接存儲(chǔ)，以滿足不同類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。文件存儲(chǔ)介質(zhì)文件系統(tǒng)可以存儲(chǔ)在多種介質(zhì)上，如硬盤、SSD、光盤、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等，每種介質(zhì)有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。文件存儲(chǔ)安全為確保數(shù)據(jù)安全，文件系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)和容錯(cuò)技術(shù)，以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。文件存儲(chǔ)文件訪問控制文件系統(tǒng)采用訪問控制機(jī)制，如基于角色的訪問控制（RBAC）和強(qiáng)制訪問控制（DAC），以確保敏感數(shù)據(jù)的安全。文件訪問性能為提高文件訪問效率，文件系統(tǒng)采用緩存技術(shù)、索引技術(shù)和并行處理技術(shù)等優(yōu)化措施。文件訪問權(quán)限文件系統(tǒng)通過設(shè)置不同的訪問權(quán)限，如讀、寫、執(zhí)行等，來控制用戶對(duì)文件的訪問。文件訪問03文件版本控制為避免文件沖突和版本混亂，文件系統(tǒng)采用版本控制技術(shù)，如快照和分支，以跟蹤和管理文件的版本。01文件保護(hù)文件系統(tǒng)通過加密、壓縮和校驗(yàn)等技術(shù)，保護(hù)文件免受非法訪問、篡改和破壞。02文件共享文件系統(tǒng)提供共享功能，允許用戶在不同位置和不同操作系統(tǒng)上共享文件，提高資源利用率。文件保護(hù)與共享04外存管理磁盤調(diào)度算法FCFS(先進(jìn)先出)算法按照請(qǐng)求的順序進(jìn)行服務(wù)，適用于請(qǐng)求序列集中且其順序已知的情況。SSTF(最短尋道時(shí)間優(yōu)先)算法每次選擇距離當(dāng)前磁頭位置最近的請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，適用于磁盤請(qǐng)求隊(duì)列較短的情況。SCAN(掃描)算法磁頭從一端向另一端移動(dòng)，在移動(dòng)過程中依次訪問各個(gè)請(qǐng)求，適用于磁盤請(qǐng)求隊(duì)列較長(zhǎng)的情況。C-SCAN(循環(huán)掃描)算法類似于SCAN算法，但當(dāng)磁頭移動(dòng)到一端后會(huì)原路返回，適用于磁盤請(qǐng)求隊(duì)列較長(zhǎng)的情況。連續(xù)分配將文件連續(xù)存儲(chǔ)在一片連續(xù)的磁盤空間中，適用于文件大小固定或增長(zhǎng)有限的情況。鏈接分配將文件分割成若干個(gè)塊，并分別存儲(chǔ)在磁盤上的不同位置，通過指針鏈接起來，適用于文件大小變化較大的情況。索引分配將文件分割成若干個(gè)塊，并分別存儲(chǔ)在磁盤上的不同位置，同時(shí)建立一個(gè)索引表來記錄每個(gè)文件的塊地址，適用于文件大小變化較大的情況。磁盤空間管理備份整個(gè)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)的所有數(shù)據(jù)和配置文件，適用于數(shù)據(jù)量較小或備份時(shí)間充足的情況。完全備份只備份自上次備份以來發(fā)生變化的文件或數(shù)據(jù)，適用于數(shù)據(jù)量較大或備份時(shí)間有限的情況。增量備份備份自上次完全備份以來發(fā)生變化的所有文件和數(shù)據(jù)，適用于數(shù)據(jù)量較大或備份時(shí)間有限的情況。差異備份備份數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)日志，通過重做或撤銷事務(wù)日志來恢復(fù)數(shù)據(jù)，適用于數(shù)據(jù)量較大或備份時(shí)間有限的情況。日志備份數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)05存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)Cache-主存層次由于高速緩存是主存數(shù)據(jù)的一個(gè)副本，因此需要維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，確保CPU從高速緩存中獲取的數(shù)據(jù)與主存中的數(shù)據(jù)一致。數(shù)據(jù)一致性高速緩存是一種特殊的存儲(chǔ)器層次，位于CPU和主存之間，用于存儲(chǔ)CPU經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。高速緩存高速緩存的訪問速度遠(yuǎn)高于主存，能夠滿足CPU對(duì)數(shù)據(jù)訪問速度的需求。訪問速度主存容量主存的容量相對(duì)較小，但訪問速度較快，是CPU直接訪問的存儲(chǔ)器。輔存容量輔存的容量較大，可以存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)和程序，但訪問速度較慢。數(shù)據(jù)調(diào)度為了提高存儲(chǔ)器的利用率和系統(tǒng)效率，需要合理調(diào)度數(shù)據(jù)在主存和輔存之間的傳輸。主存-輔存層次030201直接內(nèi)存存取是一種并行處理技術(shù)，允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)訪問內(nèi)存，提高系統(tǒng)的并行處理能力。并行處理