内存堆管理器的设计与实现
Windows核心编程-内存管理
使用虚拟内存
虚拟内存，最适合用来管理大型对象或 结构数组。 内存映射文件，最适合用来管理大型数 据流（通常来自文件）以及在单个计算 机上运行的多个进程之间共享数据。 内存堆栈，最适合用来管理大量的小对 象。
使用虚拟内存－VirtualAlloc
通过调用Vi r t u a l A l l o c函数，可以在进程的地址空间 中保留一个区域： LPVOID VirtualAlloc(
内存管理
当一个进程中的线程试图将数据写入一个共享内存块 时，系统就会进行干预，并执行下列操作步骤：
1) 系统查找R A M中的一个空闲内存页面。注意，当该模块 初次被映射到进程的地址空间时，该空闲页面将被页文件 中已分配的页面之一所映射。当该模块初次被映射时，由 于系统要分配所有可能需要的页文件，因此这一步不可能 运行失败。 2) 系统将试图被修改的页面内容拷贝到第一步中找到的页 面。该空闲页面将被赋予PA G E _ R E A D W R I T E或 PA G E _ E X E C U T E _ R E A D W R I T E保护属性。 原始页面的保护属性和数据不发生任何变化。 3) 然后系统更新进程的页面表，使得被访问的虚拟地址被 转换成新的R A M页面。
使用虚拟内存－提交
始终设法进行物理存储器的提交。每次调用Vi r t u a l A l l o c函数的时候，不要查看物理存储器是否已经映 射到地址空间区域的一个部分，而是让你的程序设法 进行内存的提交。系统首先查看内存是否已经被提交， 如果已经提交，那么就不要提交更多的物理存储器。 这种方法最容易操作，但是它的缺点是每次改变C E L L D ATA结构时要多进行一次函数的调用，这会使程 序运行得比较慢。 使用Vi r t u a l Q u e r y函数确定物理存储器是否已经 提交给包含C E L L D ATA结构的地址空间。如果已经 提交了，那么就不要进行任何别的操作。如果尚未提 交，则可以调用Vi r t u a l A l l o c函数以便提交内存。 这种方法实际上比第一种方法差，它既会增加代码的 长度，又会降低程序运行的速度（因为增加了对Vi r t u a l A l l o c函数的调用）。
rust底层原理
Rust底层原理解析Rust是一种系统级编程语言，旨在提供安全性、并发性和性能。
为了实现这些目标，Rust在底层原理上采用了一些独特的设计和实现方式。
本文将详细解释与Rust底层原理相关的基本原理。
1. 内存管理Rust的内存管理是其最重要的特性之一。
它使用了一种称为“所有权（ownership）”的概念来管理内存。
在Rust中，每个值都有一个唯一的拥有者，只有拥有者才能使用和释放这个值。
当值被传递给其他变量或函数时，所有权会转移给新的拥有者。
这种方式避免了内存泄漏和悬挂指针的问题。
此外，Rust还使用了一种称为“借用（borrowing）”的机制来实现对值的临时访问。
借用规则确保了在同一时间内，对值进行读取和写入的操作是安全的。
借用检查器（borrow checker）是Rust编译器的一部分，用于静态分析代码，以确保借用规则的正确性。
2. 生命周期Rust的生命周期（lifetimes）是与所有权和借用概念紧密相关的概念。
生命周期描述了值在内存中存在的时间范围。
Rust编译器使用生命周期注解来确定引用的有效范围，并在编译时进行验证。
生命周期注解的语法类似于泛型参数，用来指定引用的生命周期。
Rust编译器基于生命周期注解来推断引用的有效范围，以确保引用不会超出其所引用的值的生命周期。
这种方式避免了悬挂引用和野指针的问题。
3. 并发性Rust在底层原理上支持并发性。
它使用了一种称为“线程安全（thread-safety）”的概念来确保多个线程能够安全地访问共享数据。
Rust的并发性是通过使用“所有权”和“借用”机制来实现的。
由于每个值都有唯一的拥有者和临时访问者，Rust可以在编译时检查并发访问的正确性。
此外，Rust还提供了一些原语和库，如互斥锁和条件变量，来支持更复杂的并发模式。
4. 零成本抽象Rust采用“零成本抽象（zero-cost abstractions）”的设计原则，即在高级语言抽象和低级语言性能之间找到一个平衡点。
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。
2022年系统架构设计师考试案例分析真题解析
系统架构设计师案例分析真题解析2022年11月系统构设计师下午题试题一(共 25 分) ：阅读以下关于软件架构设计与评估的叙述，在答题纸上回答问题 1 和问题 2。
【说明】某电子商务公司拟升级其会员与促销管理系统，向用户提供个性化服务，提高用户的粘性。
在项目立项之初，公司领导层一致认为本次升级的主要目标是提升会员管理方式的灵活性，由于当前用户规模不大，业务也相对简单，系统性能方面不做过多考虑，新系统除了保持现有的四级固定会员制度外，还需要根据用户的消费金额、偏好、重复性等相关特征动态调整商品的折扣力度，并支持在特定的活动周期内主动筛选与活动主题高度相关的用户集合，提供个性化的打折促销活动。
在需求分析与架构设计阶段，公司提出的需求和质量属性描述如下：(a)管理员能够在页面上灵活设置折扣力度规则和促销活动逻辑，设置后即可生效；(b)系统应该具备完整的安全防护措施，支持对恶意攻击行为进行检测与报警；(c)在正常负载情况下，系统应在 0.3 秒内对用户的界面操作请求进行响应；(d)用户名是系统唯一标识，要求以字母开头，由数字和字母组合而成，长度不少于 6 个字符。
(e)在正常负载情况下，用户支付商品费用后在 3 秒内确认订单支付信息；(f)系统主站点电力中断后，应在 5 秒内将请求重定向到备用站点；(g)系统支持横向存储扩展，要求在 2 人天内完成所有的扩展与测试工作；(h)系统宕机后，需要在 10 秒内感知错误，并自动启动热备份系统；(i)系统需要内置接口函数，支持开发团队进行功能调试与系统诊断；(j)系统需要为所有的用户操作行为进行详细记录，便于后期查阅与审计；(k)支持对系统的外观进行调整和配置，调整工作需要在 4 人天内完成。
在对系统需求、质量属性描述和架构特性进行分析的基础上，系统架构师给出了两种候选的架构设计方案，公司目前正在组织相关专家对系统架构进行评估。
【问题 1】(12 分)在架构评估过程中，质量属性效用树 (utility tree)是对系统质量属性进行识别和优先级排序的重要工具。
堆栈技术的原理和应用
堆栈技术的原理和应用什么是堆栈技术堆栈（Stack）是一种基于后入先出（Last-In-First-Out，LIFO）的数据结构，它可以用来存储和管理数据。
堆栈技术在计算机科学领域被广泛应用，包括操作系统、编程语言和网络等方面。
堆栈技术的原理在堆栈技术中，数据是按照先进后出的顺序被存储和检索的。
堆栈有两个基本操作：入栈（Push）和出栈（Pop）。
•入栈（Push）操作将数据放入堆栈的顶部，也就是最后一个元素的上方。
此时，数据成为新的堆栈顶部。
•出栈（Pop）操作将堆栈顶部的数据移除，并返回该数据。
此时，堆栈顶部被更新为上一个元素。
堆栈操作可以用指针或索引来实现。
当指针指向堆栈的顶部时，可以通过修改指针的位置来执行入栈和出栈操作。
堆栈技术的应用堆栈技术在计算机科学中有多种应用，下面列举了几个常见的应用场景。
1.函数调用：堆栈被用于保存函数调用的上下文信息。
每当一个函数被调用，相关的参数和返回地址等信息都会被压入堆栈。
当函数调用结束后，这些信息会被弹出堆栈，返回到调用点。
2.表达式求值：堆栈可以用于求解数学表达式，包括中缀表达式和后缀表达式。
在中缀表达式求值过程中，运算符和操作数会被依次压入堆栈，直到出现优先级更高的运算符或遇到右括号。
而在后缀表达式求值过程中，每当遇到一个操作数，都可以通过堆栈来存储和管理。
3.内存管理：堆栈技术在内存管理中起到重要的作用。
每当一个函数被调用，其本地变量、临时变量和返回值等数据会被存储在堆栈中。
这样可以方便地分配和释放内存空间，同时确保函数调用的独立性。
4.操作系统：堆栈技术在操作系统中被广泛应用，用于管理程序的执行和系统资源的调度。
操作系统会使用堆栈来维护进程的执行状态，包括程序计数器、寄存器和其他上下文信息。
5.编程语言：许多编程语言都支持堆栈数据结构，例如C语言中的函数调用堆栈、Java语言中的方法调用堆栈和Python语言中的运行时堆栈。
这些堆栈可以用于管理函数调用、异常处理和递归等操作。
仓库库存管理系统
仓库库存管理系统
库存管理的目的是合理控制仓库库存， 从而最大限度地发挥仓库的作用，提
高企业的经济效益
仓库库存管理系统
1 所以具体体现在以下几个方面
2 首先，通过尽早了解和掌握库存状况，可以及时处理仓库的库存过剩和短缺问题，保证其高效运转
3
其次，保证仓库的最低库存，使企业的销售流程能够顺利进行，在不出现库存不足的情况下，使库存产 品的数量达到最低，避免资金积压
2 系统可行性分 析
2 系统可行性分析
2.1 所建议系统的说明
仓库库存信息管理系统主要是给用户实现一个将各种管理和服务功能集成起来的仓库库存 管理系统就显得十分必要，可以使采集输入代替手工输入减少了失误率，使产品信息能快 速录入到数据库中，减少了原材料的浪费和成品的丢失，为企业把生产和销售整合在一起 。 仓库库存信息管理系统主要是给用户实现一个将各种管理和服务功能集成起来的仓库库存 管理系统就显得十分必要，可以使采集输入代替手工输入减少了失误率，使产品信息能快 速录入到数据库中，减少了原材料的浪费和成品的丢失，为企业把生产和销售整合在一起
2 系统可行性分析
2.2.3市场预测
2 系统可行性分析
随着市场环境不断变化，
传统的仓储管理模式和业务模式已经无法满足客户的需求 因此，创新管理模式和业务模式的应用将成为企业在市场中获得优势的关键 通过数字化技术的应用与升级，以带动业务模式升级，强化横向流程协同，推动价值实现 的能力，才能在瞬息万变的市场中立于不败之地 随着市场需求的不断增长和技术的不断升级，仓储管理系统的市场前景将越来越广阔
仓库库存管理系统
最重要的是解决库存过大或过 小带来的问题，帮助企业加强 仓库管理，进一步提高企业管
理水平
rtthread设计与实现
rtthread设计与实现RT-Thread 是一个开源的实时操作系统（RTOS），它主要适用于嵌入式系统开发。
RT-Thread 具有高度可定制性，并且提供了丰富的中间件组件，例如TCP/IP 网络堆栈、文件系统、GUI 图形界面等。
RT-Thread 的设计和实现主要包括以下几个部分：1、内核：RT-Thread 的内核基于组件化的设计思想，提供了一个可配置的核心框架。
核心组件包括：(1)RT-Thread Scheduler：这是RT-Thread 的核心调度器，负责任务管理和调度。
(2)RT-Thread Timer：定时器管理，用于实现延迟操作和定时任务。
(3)RT-Thread Mailbox：用于实现任务间的通信和同步。
(4)RT-Thread Message Queue：消息队列，用于任务间的数据传输。
(5)RT-Thread Memory Pool：内存池管理，用于动态内存分配和管理。
2、组件：RT-Thread 提供了一系列中间件组件，例如：(1)RT-Thread Networking：TCP/IP 网络协议栈，支持各种网络接口和协议。
(2)RT-Thread File System：支持多种文件系统，例如Fat 文件系统、ext2/3 文件系统等。
(3)RT-Thread GUI：支持多种图形界面，例如Qt、MiniGUI 等。
(4)RT-Thread Device Driver：设备驱动框架，用于支持各种硬件设备的驱动程序开发。
3、工具链：RT-Thread 提供了一套完整的工具链，包括编译器、调试器、烧录器等。
同时，RT-Thread 支持多种编程语言，例如C/C++、Python 等。
4、应用编程接口（API）：RT-Thread 提供了一套简单易用的API，使得开发者可以方便地使用RT-Thread 的各种功能。
例如，通过RT-Thread 的API 可以创建任务、管理任务、管理内存、管理网络连接等。
存储管理_17667
空块管理——位示图
管理（续1）
0 0 1 0/1 0/1 0/1 0/1 31 0/1
7
…… 空闲块数
空块管理——位示图
……
管理（续2）
内存的分配与回收 计算一个作业所需要的总块数N 查位示图，看看是否还有N个空闲块 如果有足够的空闲块，则页表长度设为N， 可填入PCB中；申请页表区，把页表始 址填入PCB 依次分配N个空闲块，将块号和页号填入 页表 修改位示图
0K 15K
15K 48K 98K
38K
48K
空
已分配区表
始址 长度 标志
68K
80K 85K 98K 110K 120K
0K
38K 68K 110K 80K 85K
15K
10K 12K 10K 5K 13K
J1
J2 J3 J4 J5 J6
可变分区存储管理方案（续2）
内存回收 当某一块归还后，前后空间合并，修改 内存空闲块表
存储管理的任务（续10）
地址转换 为了保证 CPU执行指令时可正确访问存储单 元，需将用户程序中的逻辑地址转换为运行 时由机器直接寻址的物理地址，这一过程称 为地址映射
原因: 当程序装入内存时 , 操作系统要为该程序分配 一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配 到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时，是按 物理地址进行的，所以要进行地址转换
存储分配：如果有一个空闲区，则分配给 进程
多个等待队列 分区4 单个等待队列 分区4
分区3
分区3
分区2 分区1 操作系统
分区2 分区1 操作系统
固定分区（续）
内存管理：设置内存分配表
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实验报告
第页
专业____________ 班级_________ 学号______________ 姓名
实验日期：年月日报告退发(订正、重做)
课程实验名称内存堆管理器的设计与实现
一、实验目的
1. 掌握内存的分配与回收
2. 模拟堆空间的管理
二、实验环境
1. Linux操作系统或Windows操作系统
2. C或C++编译器
三、实验内容、步骤和结果分析
实验内容：假设已有1M的内存, 要求按照堆空间的管理方式来管理这些内存,即为之提供类似于C标准库的malloc()和free()函数, 不妨规定自定义的函数为: void * my_malloc(int size); // 分配size字节的内存,返回其首地址
void my_free(void * addr); // 释放内存addr
(可采用空闲块链, 也可采用伙伴系统等算法, 算法不限。
下图为实验的参考结果：图中第一行的[4235cc,1048572]代表一块开始于地址4235cc可分配大小为1048572的内存，经多次分配和全部回收后最后仍应是图中倒数第二行的[4235cc,1048572])
四、讨论
（说明实验过程中遇到的问题及解决办法；未解决/需进一步研讨的问题或建议新实验方法等）
(实验报告和作业请务必独立完成。
不要抄与“被抄”，可上网找资料，但要加以消化，而不是简单的复制粘贴。
请在各实验小班本学期最后一次实验课时提交提交本次实验报告。
实验前请阅读readme.txt。
此处红字部分不要打印。
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