第4章 什么是数据结构，存储

    数据结构是计算机科学中一门研究数据存储、组织、管理和操作的学科。在计算机程序中，数据是信息的载体，而数据结构则是数据在计算机中的组织和表示方法。良好的数据结构能够提高程序的运行效率和存储空间的利用率。数据结构主要研究以下几个方面：

    1 数据的逻辑结构：数据元素之间的逻辑关系，包括集合、线性结构（如数组、链表、队列、栈）、树形结构（如二叉树、平衡树）、图状结构（如有向图、无向图）等。

    2 数据的物理结构：数据在计算机中的存储方式，包括顺序存储（如数组）和链式存储（如链表）等。

    3 数据的抽象数据类型：用户自定义的数据类型，包括基本数据类型（如整数、浮点数、字符等）和复合数据类型（如结构体、类等）。

    4 数据的操作：对数据结构进行的基本操作，如插入、删除、查找、更新、排序等。

    5 算法与数据结构的关系：数据结构与算法密切相关，选择合适的数据结构和算法能够提高程序的效率。

    常见的数据结构包括：

    1 数组（array）：一种线性数据结构，数据元素存储在连续的内存空间中，可以通过下标随机访问。

    2 链表（linked list）：一种线性数据结构，数据元素存储在不连续的内存空间中，通过指针相互连接。

    3 栈（stack）：一种线性数据结构，遵循先进后出（lifo）原则的数据结构，只允许在一端进行插入和删除操作。

    4 队列（queue）：一种线性数据结构，遵循先进先出（fifo）原则的数据结构，允许在一端进行插入操作，另一端进行删除操作。

    5 树（tree）：一种具有层次关系的非线性数据结构，包括二叉树、平衡树、多叉树等。

    6 图（graph）：一种具有任意关系的非线性数据结构，由节点和边组成，用于表示网络关系。

    数据结构是计算机科学和软件开发领域的基础，掌握常见的数据结构和操作对于编写高效、可维护的程序至关重要。

    数据存储是指在计算机系统中将数据以某种方式保存在非易失性存储器（如硬盘、ssd、光盘等）上的过程。数据存储的主要目的是确保数据在计算机关机或重启后不会丢失，以及在需要时可以方便地访问和操作这些数据。

    数据存储可以按照以下维度进行分类：

    1 存储设备类型：常见的存储设备包括硬盘驱动器（hdd）、固态驱动器（ssd）、闪存驱动器、光盘（如cd、dvd、blu-ray）、磁带等。

    2 存储层次：按照存储速度和容量，数据存储可以分为主存（内存）、高速缓存（cache）、二级存储（如硬盘、ssd）和离线存储（如磁带库）等层次。

    3 数据存储技术：包括直接访问存储（das）、网络连接存储（nas）和存储区域网络（san）等技术。

    4 数据管理：数据存储需要遵循一定的策略和规则，如数据备份、数据恢复、数据加密、数据压缩等，以确保数据的安全性、可用性和完整性。

    数据存储技术在不断发展，新型存储技术如非易失性内存（如英特尔optane）和分布式存储系统（如hadoop、ceph等）为高性能、高可用性和大规模数据存储提供了新的解决方案。

    以下是一些与数据存储相关的技术：

    1 raid（独立磁盘冗余阵列）：raid是一种将多个物理磁盘组合成一个逻辑磁盘的技术，以提高数据存储的可靠性、性能和容量。raid有多种级别，如raid 0（条带化）、raid 1（镜像）、raid 5（分布式奇偶校验）和raid 6（双分布式奇偶校验）等。

    2 数据备份与恢复：为了防止数据丢失，定期对数据进行备份是非常重要的。备份可以采用全量备份、增量备份或差异备份等方式。数据恢复是在数据丢失或损坏时，从备份中恢复数据的过程。

    3 数据压缩：数据压缩是一种通过减少数据存储空间的技术，以节省存储空间和提高数据传输速度。常见的数据压缩算法有哈夫曼编码（huffman coding）、lz77/lz78（lempel-ziv 77/78）、deflate（包括gzip和zip格式）等。

    4 数据加密：数据加密是将数据转换为密文以保护数据隐私和安全的技术。常见的数据加密算法有对称加密算法（如aes、des、3des等）和非对称加密算法（如rsa、ecc、elgamal等）。

    5 数据去重：数据去重是消除数据中重复内容的过程，以减少存储空间和提高数据处理效率。数据去重技术可以应用于文件存储、数据仓库和云存储等领域。

    6 数据库管理系统（dbms）：数据库管理系统是一种用于创建、管理、维护和检索关系型或非关系型数据库的软件。常见的数据库管理系统有mysql、postgresql、oracle、microsoft sql server等。

    7 云存储：云存储是一种将数据存储在互联网上的远程服务器或数据中心的服务，用户可以通过互联网随时随地访问和管理数据。常见的云存储服务提供商有amazon s3、google cloud storage、microsoft azure storage等。

    8 内容分发网络（cdn）：cdn是一种分布式系统，通过在全球范围内的服务器网络中缓存和分发内容，以加快数据传输速度并减轻源服务器的负载。常见的cdn提供商有akamai、cloudflare、fastly等。

    了解这些与数据存储相关的技术有助于更好地设计和开发计算机系统和应用程序，以满足各种数据存储和访问需求。