Kas ir atmiņas pārvaldība?

Atmiņas pārvaldība ir resursu pārvaldības veids, kas īpaši attiecas uz datora atmiņas jeb RAM pārvaldību. Problēmas būtība ir pārvaldīt sadales sistēmas atmiņu, kad tā ir nepieciešama, un tās atbrīvošanu, kad tā vairs nav nepieciešama. Mūsdienu datoros atmiņas pārvaldība ietver arī virtuālās adrešu sistēmas pārvaldību katram darba procesam. Atkarībā no programmēšanas valodas atmiņas pārvaldība var būt manuāla, automātiska vai abas.

Ko dara atmiņas pārvaldība?

Katram datoram ir ierobežots atmiņas apjoms, kas ir jāsadala visos darbojošos procesos. Atmiņas pārvaldība nodrošina, ka šis ierobežotais resurss tiek atbrīvots, kad tas vairs nav vajadzīgs. Daudzas vecākas valodas, piemēram, C, koncentrējas uz manuālu atmiņas pārvaldību. Tas nozīmē, ka lietojumprogrammas izstrādātājam ir īpaši jāpiešķir resursi vērtībām, kas jāsaglabā atmiņā. Kad šie mainīgie vairs nav nepieciešami, izstrādātājam ir arī vēlreiz jāatbrīvo atmiņa.

Viens no citiem manuālās atmiņas pārvaldības faktoriem ir nepieciešamība inicializēt mainīgos lielumus un notīrīt datus pirms atmiņas atbrīvošanas. Piemēram, ja piešķirat atmiņu mainīgajam, tiek piešķirta atmiņas adrese. Turpmākas darbības netiek veiktas, tāpēc šajā atmiņas adresē var būt vērtības no tās iepriekšējās lietošanas, kas nekad netika notīrītas. Darbojoties ar datiem, kas atrodas neinicializētā atmiņā, var būt neparedzami rezultāti, kas var būt saistīti ar atkritumiem un programmu avārijām. Pat ja mēģināt ievietot datus atmiņā, ja neaizpildāt visu mainīgajam piešķirto vietu, neizmantotā vieta var saturēt neinicializētus datus. Lai no tā izvairītos, manuāli pārvaldot atmiņu, ir svarīgi inicializēt mainīgos.

Padoms. Mainīgā inicializēšana ir process, kurā mainīgajam tiek iestatīta zināma sākuma vērtība, parasti to notīrot.

Mūsdienīgākās valodās, piemēram, Python, parasti tiek izmantota automātiska atmiņas pārvaldība. Tas automātiski palaiž visas inicializācijas un atkritumu savākšanas procedūras fonā. Tas samazina izstrādes sarežģītību, tomēr tas var nedaudz ietekmēt veiktspēju un sniedz nedaudz mazāk tiešas kontroles izstrādātājam.

Problēmas ar atmiņas pārvaldību

Ir daži veidi, kā traucēta atmiņas pārvaldība var izraisīt potenciāli nopietnas problēmas. Piemēram, inicializētas atmiņas izmantošana var izraisīt nenoteiktu uzvedību. Un otrādi, neiztīrot atmiņu pirms tās atbrīvošanas, dati var tikt nopludināti nākamajā lietojumprogrammā, kas mēģina izmantot šo atmiņas daļu.

Kad atmiņas vieta vairs nav vajadzīga, tā ir jāatbrīvo. Tas ļauj datoram pēc vajadzības to piešķirt citai programmatūrai. Ja jūs pēc sevis neiztīrāt nevajadzīgo atmiņu, to sauc par atmiņas noplūdi. Īslaicīgās programmās tā ne vienmēr ir liela problēma, jo pēc procesa beigām atmiņa tiks atbrīvota. Taču ilgstošas ​​​​programmatūras gadījumā tas var patērēt arvien vairāk sistēmas atmiņas, līdz dators beidzas, parasti programmatūras avārijas rezultātā.

Ir svarīgi nodrošināt, lai dati, ko glabājat mainīgajā, ietilptu šim mainīgajam atvēlētajā atmiņā. Ja jums ir mainīgais, kas paredzēts trīs rakstzīmju ievietošanai un mēģināt tajā ierakstīt divdesmit rakstzīmes, tā ir bufera pārpilde. Bufera pārpildes var ietekmēt blakus esošās atmiņas adreses, izraisot atmiņas bojājumus.

Atmiņas pārvaldības problēmas izraisa neparedzētu uzvedību. Tas galvenokārt izpaužas avāriju vai kļūdu veidā. Tomēr sliktākajā gadījumā tas var izraisīt koda izpildes ievainojamības. Ja neparedzēta darbība ir paredzama, iespējams, ir iespējams nodrošināt konkrētu ievadi, kā rezultātā programma izpilda ļaunprātīgu kodu. Kā tāda laba atmiņas pārvaldība ir svarīga droša koda izstrādē.

Virtuālā atmiņa

Viens no slēptajiem atmiņas pārvaldības faktoriem ir virtuālās atmiņas izmantošana. Virtuālo atmiņu pārvalda operētājsistēma, nevis lietojumprogramma, kas nozīmē, ka izstrādātāji to īsti nevar ietekmēt. Tā vietā, lai piešķirtu faktiskās fiziskās atmiņas adreses, katram procesam tiek piešķirta sava unikālā atmiņas adrešu telpa. Pēc tam operētājsistēma pārvērš virtuālo adresi par fizisko adresi ikreiz, kad tai ir nepieciešams piekļūt atmiņai.

Viena no galvenajām virtuālās atmiņas izmantošanas priekšrocībām ir tā, ka tā segmentē atmiņas adrešu telpu starp procesiem. Tas neļauj vienam procesam nolasīt cita procesa atmiņu. Lai gan tas parasti nav problēma likumīgai programmatūrai, tas palīdz aizsargāt pret ļaunprātīgu programmatūru un negodīgu programmatūru, kas inficē vai zog datus no citām programmām. Tas arī palīdz novērst bufera pārpildes ietekmi uz dažādiem procesiem.

Kā papildu priekšrocība virtuālās atmiņas adrešu izmantošana ļauj operētājsistēmai pēc vajadzības pielāgot glabājamo datu fizisko atrašanās vietu. To parasti izmanto, lai pārsūtītu reti izmantoto atmiņu uz lapu vai mijmaiņas failu atmiņas diskā, ja atmiņas resursi ir noslogoti. Tas ietekmē veiktspēju, ja ir nepieciešamas šīs virtuālās atmiņas adreses, jo krātuve ir lēnāka nekā patiesā RAM, taču tas arī novērš sistēmas vai lietojumprogrammu avārijas, kas parasti tiek dota priekšroka.

Secinājums

Atmiņas pārvaldība ir ierobežoto sistēmas RAM resursu pārvaldības process. Programmatūrā tas tagad parasti tiek veikts automātiski, tomēr dažas programmēšanas valodas atļauj vai pieprasa manuālu atmiņas pārvaldību. Nepareiza atmiņas pārvaldība var izraisīt dažādas atmiņas bojājumu problēmas un, iespējams, koda izpildes ievainojamības. Operētājsistēma arī veic zināmu atmiņas pārvaldību virtuālo adrešu veidā. Tas ļauj nodalīt katra procesa atmiņu, kas ir noderīgs drošības līdzeklis. Tas arī ļauj operētājsistēmai pielāgot datu fizisko atrašanās vietu, neietekmējot faktisko procesu.