Разработка программы имитатора распределителя дисковой памяти :непрерывное выделение памяти

Современные операционные системы (ОС) играют ключевую роль в управлении ресурсами вычислительных систем, обеспечивая эффективное распределение процессорного времени, оперативной и дисковой памяти, а также других аппаратных и программных ресурсов. Одной из важных задач ОС является управление дисковой памятью, особенно в контексте её динамического выделения и освобождения.

С увеличением объемов обрабатываемых данных и требований к производительности операционных систем возникает необходимость в оптимальном управлении дисковым пространством. Одним из подходов является метод непрерывного выделения памяти, при котором файлы хранятся в последовательных блоках дискового пространства. Несмотря на его простоту и эффективность с точки зрения скорости доступа, данный метод сопряжен с рядом проблем, включая фрагментацию памяти и необходимость её дефрагментации.

Разработка программного имитатора распределителя дисковой памяти позволит глубже понять принципы работы файловых систем и алгоритмов управления памятью. Практическая реализация и анализ работы алгоритма помогут выявить его сильные и слабые стороны, что особенно актуально для будущих разработчиков и системных администраторов, работающих с управлением ресурсами операционных систем.

Целью работы является исследование разработки программы имитатора распределителя дисковой памяти: непрерывное выделение памяти.

Для достижения поставленной цели рассматриваются следующие задачи:

• Рассмотреть теоретические основы управления дисковой памятью;

• Изучать разработку программы-имитатора распределителя дисковой памяти;

• Проанализировать практическую реализацию алгоритмов управления памятью и оптимизация работы.

В исследовании использованы методы анализа литературных источников.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ДИСКОВОЙ ПАМЯТЬЮ

1.1. Основные понятия и принципы работы дисковой памяти


Дисковая память играет ключевую роль в функционировании вычислительных систем, обеспечивая хранение и доступ к данным на долговременной основе. В отличие от оперативной памяти, которая предоставляет временное хранилище для выполнения программ и обработки данных, дисковая память сохраняет информацию даже после выключения компьютера.

Одним из основных компонентов дисковой памяти являются запоминающие устройства, такие как жесткие диски (HDD), твердотельные накопители (SSD) и гибридные системы хранения данных. HDD используют магнитные пластины и головки чтения-записи, тогда как SSD применяют микросхемы флеш-памяти, обеспечивая более высокую скорость работы и отсутствие механических движущихся частей.[6]

Принцип работы дисковой памяти основан на организации хранения данных в виде секторов и кластеров. Диск разделяется на дорожки, которые, в свою очередь, состоят из секторов — минимальных единиц хранения информации. Файловые системы, такие как FAT32, NTFS, ext4 и другие, управляют распределением данных, определяя, какие кластеры используются и какие свободны.

Доступ к данным может осуществляться несколькими способами, включая последовательный и произвольный доступ. В традиционных HDD чтение и запись зависят от положения головки, что может замедлять обработку запросов, тогда как SSD обеспечивают практически мгновенный доступ к данным за счет отсутствия механики.