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。

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。

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。

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。

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。