存儲管理

一、內存管理

內存是計算機的重要組成部分，負責暫存計算機的程序和數據，以提高計算機的效率和運行速度。在內存管理中，需要考慮內存的分配、釋放及保護。

首先，對於內存的分配，可以通過鏈式存儲管理方式實現。在鏈式存儲管理中，通過維護一個鏈表數據結構，將內存空間劃分成多個大小不同的單元，並記錄每個單元的使用情況。

typedef struct Node{
    int is_free;  // 表示該內存塊是否空閑
    int size;  // 表示該內存塊的大小
    struct Node* next;   // 下一塊內存的指針
}node;

其次，對於內存的釋放，可以通過在鏈表中查找該內存塊並將其標記為空閑狀態，以達到內存的回收和重複利用。

最後，在內存保護方面，可以通過設置頁表、地址轉換以及頁面置換等機制來防止非法操作和內存泄漏等問題的發生。

二、文件存儲管理

文件存儲管理是操作系統中重要的一部分，它負責管理計算機硬盤上的文件，實現對文件的讀取、寫入、修改、刪除等操作。

文件存儲管理可以通過以簇為單位的文件管理方式實現。在簇管理中，計算機將文件劃分為多個大小相等的簇，並將每個簇分配給文件存儲。

typedef struct Cluster{
    char* data;  // 劃分出的簇中存儲的數據
    int is_free;  // 表示該簇是否空閑
    int size;   // 表示該簇的大小
    struct Cluster* next;  // 下一塊簇的指針
}cluster;

同時，在文件存儲管理中，還需要關注文件的存儲分配和空間回收問題。通過文件分配表（FAT）的記錄，可以快速尋找文件存儲的位置，而在刪除文件時，僅需將文件所佔用的簇標記為空閑狀態，即可實現內存空間的回收。

三、虛擬存儲管理

虛擬存儲器是指使用磁盤來擴展實際內存的一種技術，可實現對內存容量的無限擴展，以滿足大型計算機或多任務操作系統的需求。

在虛擬存儲管理中，需要考慮內存的分頁管理、頁面調度、替換和置換等問題。其中，通過內存分頁管理和頁面調度，可實現將進程分塊裝載，並保證每個進程只佔用少量的內存空間，以達到最優的內存利用率。

typedef struct Page{
    int number;   // 頁號
    int is_free;   // 頁是否空閑
    int proc_id;  // 佔用該頁的進程ID
    int dirty;  // 頁是否變髒
    struct Page* next;   // 下一個頁
}page;

在頁面替換方面，常見的算法有最優算法（OPT）、先進先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LRU）等。這些算法的目標都是在內存滿載時，將最少使用的頁面替換掉，以保證內存容量的最優利用率。

四、I/O管理

I/O管理是操作系統中的另一個重要方面，它負責管理計算機的輸入輸出設備，對輸入輸出操作進行管理、控制和調度。

在I/O管理方面，最常見的問題是I/O操作的阻塞和非阻塞。在阻塞操作中，當一個I/O操作開始後，進程會一直等待I/O操作結束才能進行下一步操作；而在非阻塞操作中，進程會在I/O操作進行的同時進行其他操作，提高了程序的執行效率。

typedef struct IO_operation{
    int is_blocking;   // 操作是否阻塞
    int type;  // 操作類型
    int status;  // 操作狀態
    int process_id;  // 佔用該操作的進程ID
    struct IO_operation* next;   // 下一個I/O操作
}io;

此外，在I/O管理中，還需要考慮對設備的喚醒、操作與中斷等機制，以確保 I/O 操作的順序性和可靠性。