Hva er minnehåndtering?

Minnestyring er en form for ressursstyring, som spesifikt refererer til administrasjon av datamaskinminne, eller RAM. Kjernen i problemet er å administrere allokeringssystemets minne når det trengs og dets utgivelse når det ikke lenger er nødvendig. I moderne datamaskiner innebærer minnebehandling også å administrere det virtuelle adresseringssystemet for hver prosess som kjører. Avhengig av programmeringsspråket kan minnebehandling være manuell, automatisk eller begge deler.

Hva gjør minnebehandling?

Hver datamaskin har en begrenset tilførsel av minne som må deles på tvers av alle kjørende prosesser. Minnehåndtering sikrer at denne begrensede ressursen frigjøres når den ikke lenger er nødvendig. Mange eldre språk, som C fokuserer på manuell minnebehandling. Dette betyr at utvikleren av applikasjonen må spesifikt tildele ressurser for verdier som må lagres i minnet. Når disse variablene ikke lenger er nødvendige, må utvikleren også frigjøre minnet igjen.

En av de andre faktorene ved manuell minnebehandling er behov for å initialisere variabler og slette data før du frigjør minnet. For eksempel, hvis du tildeler minne til en variabel, tildeles en minneadresse. Ingen ytterligere handlinger utføres, så denne minneadressen kan inneholde verdier fra tidligere bruk som aldri ble slettet. Å handle på data i uinitialisert minne kan ha uforutsigbare resultater, som kan involvere søppelresponser og programkrasj. Selv om du prøver å legge data i minnet, hvis du ikke fyller hele plassen som er allokert til variabelen, kan plassen du ikke brukte inneholde uinitialiserte data. For å unngå dette er det viktig å initialisere variabler når du håndterer minne manuelt.

Tips: Initialisering av en variabel er prosessen med å sette en variabel til en kjent startverdi, vanligvis tømme den.

Mer moderne språk, som Python, har en tendens til å bruke automatisk minnebehandling. Dette kjører automatisk all initialisering og søppelinnsamlingsprosedyrer i bakgrunnen. Dette reduserer kompleksiteten i utviklingen, men det kan påvirke ytelsen noe og gir litt mindre direkte kontroll til utvikleren.

Problemer med minnehåndtering

Det er noen måter å rote til minneadministrasjon kan forårsake potensielt alvorlige problemer. Bruk av uinitialisert minne kan for eksempel føre til udefinert atferd. Omvendt, hvis du ikke tømmer minnet før du slipper det, kan det potensielt lekke data til neste applikasjon som prøver å bruke den delen av minnet.

Når en minneplassering ikke lenger er nødvendig, bør den frigis. Dette gjør at datamaskinen kan tilordne den til annen programvare etter behov. Hvis du ikke rydder opp i unødvendig minne etter deg, omtales dette som en minnelekkasje. Dette er ikke nødvendigvis et stort problem i programmer med kort kjøretid, siden når prosessen avsluttes, vil minnet bli frigitt. Men for langvarig programvare kan dette ende opp med å forbruke mer og mer systemminne, helt til datamaskinen går tom, noe som vanligvis resulterer i at programvaren krasjer.

Det er viktig å sikre at dataene du lagrer i en variabel, passer i minnet som er allokert til den variabelen. Hvis du har en variabel designet for å inneholde tre tegn og prøver å skrive tjue tegn til den, er dette en bufferoverflyt. Bufferoverløp kan påvirke tilstøtende minneadresser som resulterer i minnekorrupsjon.

Problemer med minnehåndtering resulterer i utilsiktet oppførsel. Dette tar først og fremst form av krasj eller feil. I verste fall kan det imidlertid føre til sikkerhetsproblemer med kodekjøring. Hvis den utilsiktede oppførselen er forutsigbar, kan det være mulig å gi et spesifikt input som resulterer i at programmet kjører ondsinnet kode. Som sådan er god minnebehandling viktig for å utvikle sikker kode.

Virtuell hukommelse

En av de skjulte faktorene ved minnebehandling er bruken av virtuelt minne. Virtuelt minne administreres av operativsystemet i stedet for applikasjonen, noe som betyr at utviklere egentlig ikke kan påvirke det. I stedet for å bli tildelt faktiske fysiske minneadresser, tildeles hver prosess sin egen unike minneadresseplass. Operativsystemet konverterer deretter den virtuelle adressen til en fysisk adresse når den trenger tilgang til minne.

En av de viktigste fordelene med å bruke virtuelt minne er at det segmenterer minneadresserommet mellom prosesser. Dette forhindrer en prosess fra å kunne lese minnet til en annen. Selv om det vanligvis ikke er et problem for legitim programvare, bidrar dette til å beskytte mot skadelig programvare og useriøs programvare som infiserer eller stjeler data fra andre programmer. Det bidrar også til å forhindre at bufferoverløp påvirker ulike prosesser.

Som en ekstra fordel lar bruk av virtuelle minneadresser operativsystemet justere den fysiske plasseringen av dataene som lagres etter behov. Dette brukes vanligvis til å overføre sjeldent brukt minne til en side eller byttefil på en lagringsstasjon når minneressurser er anstrengt. Dette pådrar seg ytelse når de virtuelle minneadressene er nødvendige, siden lagring er tregere enn ekte RAM, men det forhindrer også system- eller programkrasj, noe som vanligvis foretrekkes.

Konklusjon

Minnehåndtering er prosessen med å administrere den begrensede ressursen til system-RAM. I programvare utføres dette nå vanligvis automatisk, men noen programmeringsspråk tillater eller krever manuell administrasjon av minne. Feilhåndtering av minne kan føre til et stort utvalg av minnekorrupsjonsproblemer og potensielt til sårbarheter ved kjøring av kode. Operativsystemet utfører også noe minnehåndtering i form av virtuelle adresser. Dette lar den separere minnet til hver prosess, en nyttig sikkerhetsfunksjon. Det lar også operativsystemet justere den fysiske plasseringen av data uten å påvirke selve prosessen.