Hvad er Memory Management?

Hukommelsesstyring er en form for ressourcestyring, der specifikt refererer til styring af computerhukommelse eller RAM. Kernen i problemet er at administrere allokeringssystemets hukommelse, når det er nødvendigt, og dets frigivelse, når det ikke længere er nødvendigt. I moderne computere involverer hukommelsesstyring også styring af det virtuelle adresseringssystem for hver kørende proces. Afhængigt af programmeringssproget kan hukommelsesstyring være manuel, automatisk eller begge dele.

Hvad gør hukommelseshåndtering?

Hver computer har et begrænset lager af hukommelse, der skal deles på tværs af alle kørende processer. Hukommelsesstyring sikrer, at denne begrænsede ressource frigøres, når den ikke længere er nødvendig. Mange ældre sprog, såsom C fokuserer på manuel hukommelsesstyring. Det betyder, at udvikleren af ​​applikationen specifikt skal allokere ressourcer til værdier, der skal gemmes i hukommelsen. Når disse variabler ikke længere er nødvendige, skal udvikleren også frigive hukommelsen igen.

En af de andre faktorer ved manuel hukommelsesstyring er behovet for at initialisere variabler og rydde data, før hukommelsen frigives. For eksempel, hvis du allokerer hukommelse til en variabel, tildeles en hukommelsesadresse. Der foretages ingen yderligere handlinger, så denne hukommelsesadresse kan indeholde værdier fra dens tidligere brug, som aldrig blev ryddet. At handle på data i uinitialiseret hukommelse kan have uforudsigelige resultater, som kan involvere skraldsvar og programnedbrud. Selvom du forsøger at lægge data i hukommelsen, hvis du ikke udfylder hele den plads, der er allokeret til variablen, kan den plads, du ikke brugte, indeholde uinitialiserede data. For at undgå dette er det vigtigt at initialisere variabler, når du håndterer hukommelsen manuelt.

Tip: Initialisering af en variabel er processen med at indstille en variabel til en kendt startværdi, typisk at rydde den.

Mere moderne sprog, såsom Python, har en tendens til at bruge automatisk hukommelsesstyring. Dette kører automatisk alle initialiserings- og skraldindsamlingsprocedurer i baggrunden. Dette reducerer kompleksiteten af ​​udviklingen, men det kan påvirke ydeevnen noget og giver en lidt mindre direkte kontrol til udvikleren.

Problemer med hukommelseshåndtering

Der er et par måder, hvorpå rod i hukommelsesstyring kan forårsage potentielt alvorlige problemer. Brug af uinitialiseret hukommelse kan for eksempel føre til udefineret adfærd. Omvendt kan ikke rydde hukommelsen, før den frigives, potentielt lække data til den næste applikation, der forsøger at bruge den del af hukommelsen.

Når en hukommelsesplacering ikke længere er nødvendig, bør den frigives. Dette giver computeren mulighed for at gentildele den til anden software efter behov. Hvis du ikke rydder op i unødvendig hukommelse efter dig selv, omtales dette som en hukommelseslækage. Dette er ikke nødvendigvis et stort problem i kortvarige programmer, da når processen slutter, vil hukommelsen blive frigivet. Men for langvarig software kan dette ende med at forbruge mere og mere systemhukommelse, indtil computeren løber tør, hvilket typisk resulterer i, at softwaren går ned.

Det er vigtigt at sikre, at de data, du gemmer i en variabel, passer ind i den hukommelse, der er allokeret til den pågældende variabel. Hvis du har en variabel designet til at indeholde tre tegn og forsøger at skrive tyve tegn til den, er dette et bufferoverløb. Bufferoverløb kan påvirke tilstødende hukommelsesadresser, hvilket resulterer i hukommelseskorruption.

Hukommelseshåndteringsproblemer resulterer i utilsigtet adfærd. Dette tager primært form af nedbrud eller fejl. I værste tilfælde kan det dog resultere i sårbarheder i kodeeksekvering. Hvis den utilsigtede adfærd er forudsigelig, kan det være muligt at give et specifikt input, der resulterer i, at programmet udfører ondsindet kode. Som sådan er god hukommelsesstyring vigtig i udviklingen af ​​sikker kode.

Virtuel hukommelse

En af de skjulte faktorer ved hukommelsesstyring er brugen af ​​virtuel hukommelse. Virtuel hukommelse administreres af operativsystemet snarere end applikationen, hvilket betyder, at udviklere ikke rigtig kan påvirke det. I stedet for at blive tildelt faktiske fysiske hukommelsesadresser, tildeles hver proces sit eget unikke hukommelsesadresserum. Operativsystemet konverterer derefter den virtuelle adresse til en fysisk adresse, når det skal have adgang til hukommelsen.

En af de vigtigste fordele ved at bruge virtuel hukommelse er, at den segmenterer hukommelsesadresserummet mellem processer. Dette forhindrer en proces i at kunne læse en andens hukommelse. Selvom det generelt ikke er et problem for legitim software, hjælper dette med at beskytte mod malware og useriøs software, der inficerer eller stjæler data fra andre programmer. Det hjælper også med at forhindre bufferoverløb i at påvirke forskellige processer.

Som en ekstra fordel gør brug af virtuelle hukommelsesadresser det muligt for operativsystemet at justere den fysiske placering af de data, der gemmes efter behov. Dette bruges generelt til at overføre sjældent brugt hukommelse til en side eller byttefil på et lagerdrev, når hukommelsesressourcerne er belastede. Dette medfører et hit for ydeevnen, når disse virtuelle hukommelsesadresser er nødvendige, da lagring er langsommere end ægte RAM, men det forhindrer også system- eller applikationsnedbrud, hvilket generelt foretrækkes.

Konklusion

Hukommelsesstyring er processen med at styre den begrænsede ressource af system-RAM. I software udføres dette nu generelt automatisk, dog tillader eller kræver nogle programmeringssprog manuel håndtering af hukommelsen. Forkert håndtering af hukommelse kan føre til en lang række problemer med hukommelseskorruption og potentielt til sårbarheder ved kodeeksekvering. Operativsystemet udfører også en vis hukommelsesstyring i form af virtuelle adresser. Dette gør det muligt at adskille hukommelsen for hver proces, en nyttig sikkerhedsfunktion. Det giver også operativsystemet mulighed for at justere den fysiske placering af data uden at påvirke den faktiske proces.