Hiểu cách máy tính quản lý và lưu trữ dữ liệu là rất quan trọng đối với cả người dùng và nhà phát triển. Bài học này bao gồm các khái niệm chính về quản lý và lưu trữ bộ nhớ, kiểm tra cách phần mềm sử dụng các tài nguyên này.
Về cốt lõi, bộ nhớ máy tính là nơi dữ liệu được lưu trữ tạm thời để bộ xử lý truy cập nhanh. Các loại bộ nhớ chính trong máy tính là Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) và Bộ nhớ chỉ đọc (ROM).
RAM dễ bay hơi, nghĩa là nó chỉ giữ lại dữ liệu khi được cấp nguồn. Mặt khác, ROM không dễ thay đổi, lưu trữ dữ liệu cần thiết như phần sụn của hệ thống và không thay đổi thường xuyên.
Quản lý bộ nhớ là quá trình kiểm soát và điều phối bộ nhớ máy tính, gán các phần được gọi là khối cho các chương trình đang chạy khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất tổng thể.
Có một số cách hệ điều hành có thể cấp phát bộ nhớ cho các chương trình:
Phân bổ động có thể được chia thành phân bổ ngăn xếp và phân bổ heap. Phân bổ ngăn xếp nhanh nhưng có kích thước hạn chế, trong khi phân bổ heap linh hoạt hơn nhưng yêu cầu quản lý thủ công bằng các ngôn ngữ như C và C++.
Bộ nhớ ảo là một kỹ thuật cho phép thực thi các tiến trình có thể không hoàn toàn nằm trong RAM. Nó mở rộng bộ nhớ khả dụng bằng cách sử dụng một phần của đĩa cứng làm nơi lưu trữ tạm thời hoặc không gian trao đổi.
Hệ điều hành chia bộ nhớ ảo thành các trang, mỗi trang có thể được đưa vào RAM một cách độc lập khi cần thiết. Công thức tính kích thước bộ nhớ ảo là \( \textrm{Bộ nhớ ảo} = \textrm{kích thước RAM} + \textrm{Hoán đổi không gian} \) .
Trong các ngôn ngữ lập trình như Java và Python, việc quản lý bộ nhớ thường được tự động hóa thông qua một quy trình gọi là thu thập rác. Quá trình này tự động lấy lại bộ nhớ được phân bổ cho các đối tượng không còn được chương trình sử dụng.
Ngoài việc lưu trữ dữ liệu tạm thời trong RAM, việc lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn là cần thiết cho các ứng dụng, tệp và chính hệ điều hành. Có hai loại thiết bị lưu trữ chính:
Hệ thống tệp được sử dụng để quản lý và sắp xếp dữ liệu được lưu trữ trên các thiết bị này. Các hệ thống tệp phổ biến bao gồm FAT32, NTFS cho Windows và EXT4 cho Linux.
Dữ liệu trong hệ thống tệp được tổ chức theo cấu trúc phân cấp, bắt đầu bằng thư mục gốc. Mỗi tệp hoặc thư mục có thể có các thuộc tính như tên, kích thước và quyền.
RAID (Mảng dự phòng của đĩa độc lập) là công nghệ sử dụng nhiều thiết bị lưu trữ làm một bộ lưu trữ duy nhất, mang lại khả năng dự phòng dữ liệu và cải thiện hiệu suất. Có nhiều cấp độ RAID, mỗi cấp độ cung cấp sự cân bằng khác nhau về hiệu suất và khả năng dự phòng.
Lưu trữ đám mây cho phép người dùng lưu trữ dữ liệu trên các máy chủ từ xa được truy cập qua internet. Nó cung cấp khả năng mở rộng, dự phòng dữ liệu và sự tiện lợi khi truy cập từ mọi nơi có kết nối internet.
Quản lý bộ nhớ hiệu quả và các giải pháp lưu trữ phù hợp là rất quan trọng để hệ thống máy tính hoạt động trơn tru. Từ lưu trữ dữ liệu tạm thời trong RAM đến lưu trữ dữ liệu dài hạn trong SSD và dịch vụ đám mây, việc hiểu các khái niệm này là điều cần thiết để điều hướng thế giới kỹ thuật số.
