Kas yra atminties valdymas?

Atminties valdymas yra išteklių valdymo forma, konkrečiai susijusi su kompiuterio atminties arba RAM valdymu. Problemos esmė yra valdyti paskirstymo sistemos atmintį, kai jos reikia, ir išleisti, kai jos nebereikia. Šiuolaikiniuose kompiuteriuose atminties valdymas taip pat apima kiekvieno vykdomo proceso virtualiosios adresų sistemos valdymą. Priklausomai nuo programavimo kalbos, atminties valdymas gali būti rankinis, automatinis arba abu.

Ką daro atminties valdymas?

Kiekvienas kompiuteris turi ribotą atminties kiekį, kuris turi būti dalijamas visuose vykdomuose procesuose. Atminties valdymas užtikrina, kad šie riboti ištekliai būtų atlaisvinti, kai nebereikia. Daugelis senesnių kalbų, pvz., C, daugiausia dėmesio skiria rankiniam atminties valdymui. Tai reiškia, kad programos kūrėjas turi specialiai paskirstyti išteklius reikšmėms, kurias reikia saugoti atmintyje. Kai šie kintamieji nebereikalingi, kūrėjas taip pat turi vėl išleisti atmintį.

Vienas iš kitų rankinio atminties valdymo veiksnių – prieš atleidžiant atmintį reikia inicijuoti kintamuosius ir išvalyti duomenis. Pavyzdžiui, jei kintamajam paskirstote atmintį, priskiriamas atminties adresas. Jokių tolesnių veiksmų nesiimama, todėl šiame atminties adresu gali būti reikšmių iš ankstesnio naudojimo, kurios niekada nebuvo išvalytos. Neinicijuotoje atmintyje esantys duomenys gali turėti nenuspėjamų rezultatų, o tai gali apimti atsakymus į šiukšles ir programos gedimus. Net jei bandote įdėti duomenis į atmintį, jei neužpildote visos kintamajam skirtos vietos, erdvėje, kurios nenaudojote, gali būti neinicijuoti duomenys. Norint to išvengti, rankiniu būdu tvarkant atmintį svarbu inicijuoti kintamuosius.

Patarimas: kintamojo inicijavimas yra kintamojo nustatymo į žinomą pradinę reikšmę procesas, paprastai jį išvalant.

Modernesnėse kalbose, tokiose kaip Python, dažniausiai naudojamas automatinis atminties valdymas. Tai automatiškai paleidžia visas inicijavimo ir šiukšlių surinkimo procedūras fone. Tai sumažina kūrimo sudėtingumą, tačiau gali šiek tiek paveikti našumą ir suteikia kūrėjui šiek tiek mažiau tiesioginės kontrolės.

Atminties valdymo problemos

Yra keletas būdų, kaip sutrikęs atminties valdymas gali sukelti rimtų problemų. Pavyzdžiui, naudojant neinicializuotą atmintį, gali atsirasti neapibrėžtas elgesys. Ir atvirkščiai, neišvalius atminties prieš ją išleidžiant, duomenys gali nutekėti į kitą programą, kuri bando naudoti tą atminties dalį.

Kai atminties vietos nebereikia, ją reikia atlaisvinti. Tai leidžia kompiuteriui prireikus priskirti jį kitai programinei įrangai. Jei po savęs nevalysite nereikalingos atminties, tai vadinama atminties nutekėjimu. Tai nebūtinai yra didžiulė problema trumpai veikiančiose programose, nes pasibaigus procesui atmintis bus atlaisvinta. Tačiau ilgai veikiančios programinės įrangos atveju tai gali sunaudoti vis daugiau sistemos atminties, kol baigsis kompiuteris, todėl programinė įranga paprastai sugenda.

Svarbu užtikrinti, kad duomenys, kuriuos saugote kintamajame, tilptų į tam kintamajam skirtą atmintį. Jei turite kintamąjį, skirtą trims simboliams, ir bandote į jį įrašyti dvidešimt simbolių, tai yra buferio perpildymas. Buferio perpildymas gali paveikti gretimus atminties adresus, todėl atmintis gali būti pažeista.

Atminties valdymo problemos sukelia nenumatytą elgesį. Tai visų pirma pasireiškia gedimų ar klaidų forma. Tačiau blogiausiu atveju tai gali sukelti kodo vykdymo pažeidžiamumą. Jei nenumatytas elgesys yra nuspėjamas, gali būti įmanoma pateikti konkrečią įvestį, dėl kurios programa vykdys kenkėjišką kodą. Todėl geras atminties valdymas yra svarbus kuriant saugų kodą.

Virtuali atmintis

Vienas iš paslėptų atminties valdymo veiksnių yra virtualios atminties naudojimas. Virtualią atmintį valdo operacinė sistema, o ne programa, o tai reiškia, kad kūrėjai negali to paveikti. Vietoj to, kad būtų priskirti tikrieji fizinės atminties adresai, kiekvienam procesui priskiriama unikali atminties adresų erdvė. Tada operacinė sistema konvertuoja virtualų adresą į fizinį adresą, kai tik reikia pasiekti atmintį.

Vienas iš pagrindinių virtualios atminties naudojimo pranašumų yra tai, kad ji segmentuoja atminties adresų erdvę tarp procesų. Tai neleidžia vienam procesui nuskaityti kito proceso atminties. Nors tai paprastai nėra problema teisėtai programinei įrangai, tai padeda apsisaugoti nuo kenkėjiškų programų ir nesąžiningos programinės įrangos, užkrečiančios ar pavogusios duomenis iš kitų programų. Tai taip pat padeda užkirsti kelią buferio perpildymui, kad jis paveiktų skirtingus procesus.

Kaip papildoma nauda, ​​naudojant virtualiosios atminties adresus, operacinė sistema prireikus gali koreguoti fizinę saugomų duomenų vietą. Paprastai tai naudojama retai naudojamai atminčiai perkelti į puslapį arba apsikeitimo failą saugojimo diske, kai atminties ištekliai yra įtempti. Tai pablogina našumą, kai reikalingi tie virtualios atminties adresai, nes saugykla yra lėtesnė nei tikroji RAM, tačiau taip pat išvengiama sistemos ar programos gedimų, o tai paprastai yra pageidautina.

Išvada

Atminties valdymas – tai ribotų sistemos RAM išteklių valdymo procesas. Programinėje įrangoje tai dabar paprastai atliekama automatiškai, tačiau kai kurios programavimo kalbos leidžia arba reikalauja rankinio atminties valdymo. Netinkamas atminties valdymas gali sukelti daugybę atminties sugadinimo problemų ir galbūt kodo vykdymo spragas. Operacinė sistema taip pat atlieka tam tikrą atminties valdymą virtualių adresų forma. Tai leidžia atskirti kiekvieno proceso atmintį – tai naudinga saugos funkcija. Tai taip pat leidžia operacinei sistemai reguliuoti fizinę duomenų vietą, nedarant įtakos faktiniam procesui.