Što je upravljanje memorijom?

Upravljanje memorijom oblik je upravljanja resursima koji se posebno odnosi na upravljanje memorijom računala ili RAM-om. Srž problema je upravljanje memorijom sustava dodjele kada je potrebna i njeno oslobađanje kada više nije potrebna. U modernim računalima, upravljanje memorijom također uključuje upravljanje virtualnim sustavom adresiranja za svaki pokrenuti proces. Ovisno o programskom jeziku, upravljanje memorijom može biti ručno, automatsko ili oboje.

Što radi upravljanje memorijom?

Svako računalo ima ograničenu količinu memorije koju moraju dijeliti svi pokrenuti procesi. Upravljanje memorijom osigurava da se ovaj ograničeni resurs oslobodi kada više nije potreban. Mnogi stariji jezici, kao što je C, fokusiraju se na ručno upravljanje memorijom. To znači da programer aplikacije mora posebno dodijeliti resurse za vrijednosti koje treba pohraniti u memoriju. Nakon što ove varijable više nisu potrebne, programer također mora ponovno osloboditi memoriju.

Jedan od ostalih čimbenika ručnog upravljanja memorijom je potreba za inicijaliziranjem varijabli i brisanjem podataka prije oslobađanja memorije. Na primjer, ako dodijelite memoriju varijabli, dodjeljuje se memorijska adresa. Ne poduzimaju se nikakve daljnje radnje, tako da ova memorijska adresa može sadržavati vrijednosti iz prethodne upotrebe koje nikada nisu izbrisane. Djelovanje na podatke u neinicijaliziranoj memoriji može imati nepredvidive rezultate, koji mogu uključivati ​​reakcije na smeće i rušenje programa. Čak i ako pokušate staviti podatke u memoriju, ako ne ispunite cijeli prostor dodijeljen varijabli, prostor koji niste iskoristili može sadržavati neinicijalizirane podatke. Kako biste to izbjegli, važno je inicijalizirati varijable prilikom ručnog upravljanja memorijom.

Savjet: Inicijaliziranje varijable je postupak postavljanja varijable na poznatu početnu vrijednost, obično njezino brisanje.

Suvremeniji jezici, kao što je Python, obično koriste automatsko upravljanje memorijom. Ovo automatski pokreće sve postupke inicijalizacije i skupljanja smeća u pozadini. To smanjuje složenost razvoja, ali može donekle utjecati na izvedbu i daje manje izravne kontrole programeru.

Problemi s upravljanjem memorijom

Postoji nekoliko načina na koje zabrljano upravljanje memorijom može uzrokovati potencijalno ozbiljne probleme. Korištenje neinicijalizirane memorije, na primjer, može dovesti do nedefiniranog ponašanja. Suprotno tome, nebrisanje memorije prije nego što se oslobodi može potencijalno procuriti podatke do sljedeće aplikacije koja pokuša koristiti taj dio memorije.

Nakon što memorijska lokacija više nije potrebna, treba je osloboditi. To omogućuje računalu da ga ponovno dodijeli drugom softveru prema potrebi. Ako ne očistite nepotrebnu memoriju za sobom, to se naziva curenje memorije. To nije nužno velik problem u kratkotrajnim programima jer će se memorija osloboditi kada proces završi. Ali za softver koji radi dugo, to može završiti tako da troši sve više i više sistemske memorije, sve dok se računalo ne isprazni, što obično rezultira padom softvera.

Važno je osigurati da podaci koje pohranjujete u varijabli stanu unutar memorije dodijeljene toj varijabli. Ako imate varijablu dizajniranu da drži tri znaka i pokušate upisati dvadeset znakova u nju, ovo je prekoračenje međuspremnika. Preljevi međuspremnika mogu utjecati na susjedne memorijske adrese što dovodi do oštećenja memorije.

Problemi s upravljanjem memorijom rezultiraju neželjenim ponašanjem. To prvenstveno ima oblik padova ili pogrešaka. U najgorem slučaju, međutim, to može rezultirati ranjivostima u izvršavanju koda. Ako je nenamjerno ponašanje predvidljivo, moguće je dati određeni unos koji rezultira izvođenjem zlonamjernog koda u programu. Kao takvo, dobro upravljanje memorijom važno je u razvoju sigurnog koda.

Virtualna memorija

Jedan od skrivenih čimbenika upravljanja memorijom je korištenje virtualne memorije. Virtualnom memorijom upravlja operativni sustav, a ne aplikacija, što znači da programeri ne mogu stvarno utjecati na nju. Umjesto da mu se dodijele stvarne fizičke memorijske adrese, svakom procesu se dodjeljuje vlastiti jedinstveni memorijski adresni prostor. Operativni sustav zatim pretvara virtualnu adresu u fizičku adresu kad god treba pristupiti memoriji.

Jedna od ključnih prednosti korištenja virtualne memorije je segmentacija memorijskog adresnog prostora između procesa. To sprječava jedan proces u mogućnosti čitanja memorije drugog. Iako općenito nije problem za legitiman softver, ovo pomaže u zaštiti od zlonamjernog softvera i lažnog softvera koji inficira ili krade podatke iz drugih programa. Također pomaže u sprječavanju utjecaja prekoračenja međuspremnika na različite procese.

Kao dodatna prednost, korištenje adresa virtualne memorije omogućuje operativnom sustavu da po potrebi prilagodi fizičku lokaciju podataka koji se pohranjuju. Ovo se općenito koristi za prijenos rijetko korištene memorije na stranicu ili swap datoteku na disku za pohranu kada su memorijski resursi napeti. To dovodi do pada performansi kada su te adrese virtualne memorije potrebne, budući da je pohrana sporija od pravog RAM-a, ali također sprječava pad sustava ili aplikacije, što je općenito poželjno.

Zaključak

Upravljanje memorijom je proces upravljanja ograničenim resursom RAM-a sustava. U softveru se to sada općenito izvodi automatski, no neki programski jezici dopuštaju ili zahtijevaju ručno upravljanje memorijom. Loše upravljanje memorijom može dovesti do velikog broja problema s oštećenjem memorije i potencijalno do ranjivosti u izvršavanju koda. Operativni sustav također obavlja upravljanje memorijom u obliku virtualnih adresa. To mu omogućuje odvajanje memorije svakog procesa, što je korisna sigurnosna značajka. Također omogućuje operativnom sustavu da prilagodi fizičku lokaciju podataka bez utjecaja na stvarni proces.