Operating System

Linked List Allocation trong Hệ điều hành

Posted on by Dục Đoàn Trình
Rate this post

Linked List Allocation là một phương pháp quản lý bộ nhớ trong hệ điều hành và hệ thống lưu trữ. Nó được sử dụng để cấp phát và giải phóng không gian bộ nhớ cho các quá trình và tập tin trong hệ thống.

Trong Linked List Allocation, không gian bộ nhớ được chia thành các khối nhỏ gọi là nodes (nút) có kích thước đều nhau. Mỗi node chứa dữ liệu của một đơn vị bộ nhớ và một con trỏ (pointer) trỏ tới node tiếp theo trong danh sách liên kết.

Khi một quá trình hoặc tập tin yêu cầu cấp phát bộ nhớ, Linked List Allocation tìm kiếm qua các nodes trong danh sách liên kết để tìm vị trí phù hợp để cấp phát. Khi một vùng bộ nhớ được cấp phát, nó được liên kết vào danh sách bằng cách cập nhật con trỏ của node trước và node sau. Khi không còn cần sử dụng vùng bộ nhớ đó, nó có thể được giải phóng bằng cách cập nhật liên kết giữa các node.

Linked List Allocation là một phương pháp cơ bản trong quản lý bộ nhớ và hệ thống lưu trữ. Nó cung cấp một cách linh hoạt để quản lý và sử dụng không gian bộ nhớ và đã được sử dụng trong nhiều hệ điều hành và hệ thống lưu trữ.

Các bài viết liên quan:

Cấu trúc Linked List Allocation

Cấu trúc của Linked List Allocation bao gồm các phần tử chính sau:

  1. Node (nút): Đây là thành phần cơ bản của Linked List Allocation. Mỗi node đại diện cho một khối nhỏ trong không gian bộ nhớ, chứa dữ liệu của đơn vị bộ nhớ và một con trỏ (pointer) trỏ tới node tiếp theo trong danh sách.
  2. Danh sách liên kết (Linked List): Là tập hợp các nodes được kết nối với nhau thông qua các con trỏ. Mỗi node trong danh sách liên kết có thể đại diện cho một vùng bộ nhớ đã được cấp phát hoặc chưa được cấp phát.
  3. Con trỏ (Pointer): Là biến hoặc tham chiếu trong mỗi node, trỏ tới node tiếp theo trong danh sách liên kết. Con trỏ cuối cùng của danh sách sẽ trỏ tới NULL hoặc giá trị đặc biệt để chỉ ra kết thúc của danh sách.
  4. Trạng thái (Status): Mỗi node có thể có một trạng thái để chỉ rõ tình trạng của vùng bộ nhớ tương ứng. Ví dụ: trạng thái “đã cấp phát” hoặc “chưa cấp phát”.

Cấu trúc Linked List Allocation được tổ chức theo hình thức dữ liệu liên kết (linked data structure), trong đó các node được kết nối với nhau thông qua con trỏ. Khi một vùng bộ nhớ được cấp phát, một node mới được tạo ra và nối vào danh sách liên kết, và con trỏ của node trước và node sau được cập nhật để tham chiếu đến node mới.

Cấu trúc này cho phép quản lý và cấp phát không gian bộ nhớ một cách linh hoạt trong Linked List Allocation. Các vùng bộ nhớ có thể được cấp phát và giải phóng một cách độc lập, tạo ra một hệ thống quản lý bộ nhớ linh hoạt và hiệu quả.

Xem thêm Linked Index Allocation trong hệ điều hành

Cách hoạt động của Linked List Allocation

Cách hoạt động của Linked List Allocation trong quản lý bộ nhớ bao gồm các bước sau:

  1. Khởi tạo danh sách liên kết: Ban đầu, danh sách liên kết rỗng và không có vùng bộ nhớ nào được cấp phát.
  2. Yêu cầu cấp phát bộ nhớ: Khi một quá trình hoặc tác vụ yêu cầu cấp phát bộ nhớ, hệ thống sẽ tìm kiếm trong danh sách liên kết để tìm vùng bộ nhớ phù hợp để cấp phát.
  3. Tìm kiếm vùng bộ nhớ trống: Hệ thống duyệt qua các node trong danh sách liên kết để tìm vùng bộ nhớ trống có đủ dung lượng để đáp ứng yêu cầu cấp phát. Các vùng bộ nhớ trống sẽ có trạng thái “chưa cấp phát” hoặc có đánh dấu để chỉ rõ tình trạng của vùng bộ nhớ.
  4. Cấp phát bộ nhớ: Khi tìm thấy vùng bộ nhớ phù hợp, hệ thống sẽ tạo một node mới đại diện cho vùng bộ nhớ đó và cập nhật các con trỏ để nối node mới vào danh sách liên kết.
  5. Trả về địa chỉ bộ nhớ: Sau khi cấp phát bộ nhớ, hệ thống sẽ trả về địa chỉ bộ nhớ của vùng bộ nhớ đó cho quá trình hoặc tác vụ yêu cầu. Quá trình này có thể sử dụng địa chỉ để lưu trữ và truy cập dữ liệu trong vùng bộ nhớ.
  6. Giải phóng bộ nhớ: Khi không cần sử dụng vùng bộ nhớ nữa, quá trình hoặc tác vụ có thể yêu cầu hệ thống giải phóng nó. Khi đó, hệ thống sẽ cập nhật liên kết trong danh sách liên kết để loại bỏ vùng bộ nhớ đó và đánh dấu nó là trống để sử dụng cho các yêu cầu cấp phát tiếp theo.

Cách hoạt động của Linked List Allocation cho phép linh hoạt cấp phát và giải phóng không gian bộ nhớ một cách độc lập. Nó cho phép quản lý và sử dụng hiệu quả các vùng bộ nhớ có kích thước khác nhau và đáp ứng yêu cầu cấp phát của các quá trình và tác vụ trong hệ thống.

Ưu điểm và nhược điểm của Linked List Allocation

Ưu điểm của Linked List Allocation:

  1. Linh hoạt trong việc quản lý bộ nhớ: Linked List Allocation cho phép quản lý và sử dụng không gian bộ nhớ một cách linh hoạt. Các vùng bộ nhớ có kích thước khác nhau có thể được cấp phát và giải phóng độc lập, giúp tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ.
  2. Đáp ứng yêu cầu cấp phát động: Linked List Allocation là một phương pháp cấp phát động, cho phép cấp phát và giải phóng không gian bộ nhớ theo yêu cầu. Điều này làm cho việc quản lý bộ nhớ linh hoạt và có thể thích ứng với sự thay đổi của hệ thống.
  3. Khả năng tái sử dụng bộ nhớ: Linked List Allocation có thể tái sử dụng các vùng bộ nhớ đã được giải phóng để đáp ứng các yêu cầu cấp phát mới. Điều này giúp giảm lãng phí không gian bộ nhớ và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên.

Nhược điểm của Linked List Allocation:

  1. Overhead về không gian: Linked List Allocation sử dụng con trỏ để kết nối các node trong danh sách liên kết. Điều này dẫn đến việc sử dụng một lượng không gian bộ nhớ phụ để lưu trữ con trỏ, làm mất đi một phần không gian bộ nhớ sử dụng được.
  2. Tốn thời gian tìm kiếm: Linked List Allocation đòi hỏi việc tìm kiếm qua danh sách liên kết để tìm vùng bộ nhớ phù hợp để cấp phát. Việc này tốn thời gian và làm tăng độ phức tạp của quá trình cấp phát và giải phóng bộ nhớ.
  3. Fragmentation: Linked List Allocation có thể dẫn đến tình trạng fragmentation, nghĩa là không gian bộ nhớ được chia thành các vùng nhỏ không liên tục. Fragmentation có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống và làm tăng khó khăn trong việc cấp phát các vùng bộ nhớ lớn hơn.
  4. Không hỗ trợ truy cập ngẫu nhiên: Linked List Allocation không hỗ trợ việc truy cập ngẫu nhiên vào các vùng bộ nhớ. Điều này có thể làm hạn chế trong việc truy cập dữ liệu một cách hiệu quả và làm tăng thời gian truy cập bộ nhớ.

Xem thêm linked list trong c++

Ví dụ về Linked List Allocation

Dưới đây là một ví dụ đơn giản về Linked List Allocation trong quản lý bộ nhớ:

class MemoryBlock:
    def __init__(self, start_address, size):
        self.start_address = start_address
        self.size = size
        self.next_block = None

class MemoryAllocator:
    def __init__(self, total_memory):
        self.total_memory = total_memory
        self.free_memory = MemoryBlock(0, total_memory)

    def allocate_memory(self, size):
        current_block = self.free_memory

        while current_block is not None:
            if current_block.size >= size:
                # Allocate memory from current block
                allocated_block = MemoryBlock(current_block.start_address, size)
                allocated_block.next_block = current_block.next_block

                # Update current block
                current_block.start_address += size
                current_block.size -= size
                current_block.next_block = None

                return allocated_block

            current_block = current_block.next_block

        # Not enough free memory available
        return None

    def free_memory(self, block):
        current_block = self.free_memory

        # Find the block preceding the block to be freed
        while current_block.next_block is not None and current_block.next_block.start_address < block.start_address:
            current_block = current_block.next_block

        # Merge adjacent free blocks
        if current_block.next_block is not None and current_block.next_block.start_address == block.start_address + block.size:
            block.size += current_block.next_block.size
            block.next_block = current_block.next_block.next_block
        else:
            block.next_block = current_block.next_block

        # Update the preceding block
        current_block.next_block = block

    def display_memory(self):
        current_block = self.free_memory

        while current_block is not None:
            print(f"[{current_block.start_address}-{current_block.start_address + current_block.size - 1}] Free")
            current_block = current_block.next_block

# Example usage
allocator = MemoryAllocator(1024)  # Initialize memory allocator with total memory of 1024 bytes

block1 = allocator.allocate_memory(256)  # Allocate a memory block of size 256 bytes
block2 = allocator.allocate_memory(512)  # Allocate a memory block of size 512 bytes

allocator.display_memory()
# Output:
# [0-255] Free
# [256-767] Free
# [768-1023] Allocated

allocator.free_memory(block1)  # Free the memory block

allocator.display_memory()
# Output:
# [0-255] Allocated
# [256-767] Free
# [768-1023] Allocated

Trong ví dụ trên, MemoryBlock là một lớp đại diện cho mỗi khối bộ nhớ, bao gồm địa chỉ bắt đầu, kích thước và con trỏ đến khối bộ nhớ kế tiếp trong danh sách liên kết. MemoryAllocator là lớp quản lý việc cấp phát và giải phóng bộ nhớ. Phương thức allocate_memory dùng để cấp phát bộ nhớ và phương thức free_memory dùng để giải phóng bộ nhớ. Phương thức display_memory hiển thị trạng thái hiện tại của bộ nhớ.

Trong ví dụ này, chúng ta khởi tạo một MemoryAllocator với tổng cộng 1024 bytes bộ nhớ. Sau đó, chúng ta cấp phát hai khối bộ nhớ và sau đó giải phóng khối bộ nhớ đầu tiên. Cuối cùng, chúng ta hiển thị trạng thái hiện tại của bộ nhớ để kiểm tra.

So sánh Linked List Allocation với các phương pháp khác

Linked List Allocation có một số điểm khác biệt so với các phương pháp quản lý bộ nhớ khác như Fixed Partition Allocation và Dynamic Partition Allocation. Dưới đây là một số so sánh giữa Linked List Allocation và các phương pháp khác:

  1. Fixed Partition Allocation:
    • Fixed Partition Allocation chia không gian bộ nhớ thành các phân vùng cố định có kích thước nhất định trước. Mỗi phân vùng chỉ có thể chứa một quy mô bộ nhớ nhất định.
    • Linked List Allocation không giới hạn bởi kích thước cố định và cho phép quản lý không gian bộ nhớ một cách linh hoạt hơn. Nó có thể cấp phát và giải phóng không gian bộ nhớ theo yêu cầu, không cần phân chia trước các phân vùng cố định.
  2. Dynamic Partition Allocation:
    • Dynamic Partition Allocation cũng cho phép quản lý không gian bộ nhớ linh hoạt, nhưng nó sử dụng danh sách các phân vùng tự do (Free List) để theo dõi các vùng bộ nhớ có sẵn.
    • Linked List Allocation cũng sử dụng danh sách liên kết để theo dõi các vùng bộ nhớ, nhưng khác với Dynamic Partition Allocation, nó không cần phân vùng sẵn các phân vùng cố định. Thay vào đó, nó chỉ cần chia nhỏ không gian bộ nhớ khi có yêu cầu cấp phát mới.
  3. Best Fit và First Fit Allocation:
    • Best Fit và First Fit là các phương pháp trong Dynamic Partition Allocation để tìm kiếm vùng bộ nhớ phù hợp cho việc cấp phát.
    • Linked List Allocation không sử dụng cách tiếp cận tìm kiếm phù hợp như Best Fit hay First Fit. Thay vào đó, nó duyệt qua danh sách liên kết để tìm vùng bộ nhớ có kích thước đủ lớn để cấp phát.
  4. Fragmentation:
    • Cả Linked List Allocation và Dynamic Partition Allocation có thể chịu ảnh hưởng của hai loại fragmentation: External Fragmentation và Internal Fragmentation.
    • External Fragmentation xảy ra khi các vùng bộ nhớ không được sử dụng nằm giữa các vùng đã cấp phát. Linked List Allocation có thể giảm thiểu external fragmentation bằng cách tái sử dụng các vùng bộ nhớ đã giải phóng.
    • Internal Fragmentation xảy ra khi có sự lãng phí không gian trong các vùng bộ nhớ đã cấp phát. Linked List Allocation cũng có thể gặp phải internal fragmentation nếu kích thước cấp phát không chính xác.

Tổng quan, Linked List Allocation cung cấp một cách tiếp cận linh hoạt và không giới hạn trong việc quản lý không gian bộ nhớ. Nó giải quyết một số hạn chế của phương pháp quản lý bộ nhớ cố định và động, nhưng cũng có thể đối mặt với các vấn đề về fragmentation. Sự lựa chọn giữa các phương pháp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và tính chất của hệ thống.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Contact Me on Zalo
Call now