Kaj je upravljanje pomnilnika?

Upravljanje pomnilnika je oblika upravljanja virov, ki se posebej nanaša na upravljanje računalniškega pomnilnika ali RAM-a. Bistvo težave je upravljanje pomnilnika sistema za dodeljevanje, ko je potreben, in njegova sprostitev, ko ni več potreben. V sodobnih računalnikih upravljanje pomnilnika vključuje tudi upravljanje sistema navideznega naslavljanja za vsak tekoči proces. Glede na programski jezik je upravljanje pomnilnika lahko ročno, samodejno ali oboje.

Kaj počne upravljanje pomnilnika?

Vsak računalnik ima omejeno količino pomnilnika, ki ga morajo deliti vsi tekoči procesi. Upravljanje pomnilnika zagotavlja, da se ta omejeni vir sprosti, ko ni več potreben. Mnogi starejši jeziki, kot je C, se osredotočajo na ročno upravljanje pomnilnika. To pomeni, da mora razvijalec aplikacije posebej dodeliti sredstva za vrednosti, ki jih je treba shraniti v pomnilnik. Ko te spremenljivke niso več potrebne, mora razvijalec znova sprostiti pomnilnik.

Eden od drugih dejavnikov ročnega upravljanja pomnilnika je potreba po inicializaciji spremenljivk in čiščenju podatkov pred sprostitvijo pomnilnika. Na primer, če spremenljivki dodelite pomnilnik, ji je dodeljen pomnilniški naslov. Ne izvede se nobeno nadaljnje dejanje, zato lahko ta pomnilniški naslov vsebuje vrednosti iz prejšnje uporabe, ki niso bile nikoli izbrisane. Delovanje na podatkih v neinicializiranem pomnilniku ima lahko nepredvidljive rezultate, ki lahko vključujejo odzive na smeti in zrušitve programa. Tudi če poskušate dati podatke v pomnilnik, če ne zapolnite celotnega prostora, dodeljenega spremenljivki, lahko prostor, ki ga niste uporabili, vsebuje neinicializirane podatke. Da bi se temu izognili, je pomembno, da pri ročnem upravljanju pomnilnika inicializirate spremenljivke.

Namig: Inicializacija spremenljivke je postopek nastavitve spremenljivke na znano začetno vrednost, ki jo običajno počistite.

Sodobnejši jeziki, kot je Python, običajno uporabljajo samodejno upravljanje pomnilnika. To samodejno zažene vse postopke inicializacije in zbiranja smeti v ozadju. To zmanjša kompleksnost razvoja, vendar lahko nekoliko vpliva na zmogljivost in daje nekoliko manj neposrednega nadzora razvijalcu.

Težave z upravljanjem pomnilnika

Obstaja nekaj načinov, na katere lahko motnje upravljanja pomnilnika povzročijo potencialno resne težave. Uporaba neinicializiranega pomnilnika lahko na primer povzroči nedefinirano vedenje. Nasprotno, če pomnilnika ne počistite, preden ga sprostite, lahko potencialno uhajajo podatki v naslednjo aplikacijo, ki poskuša uporabiti ta del pomnilnika.

Ko pomnilniška lokacija ni več potrebna, jo je treba sprostiti. To omogoča računalniku, da ga po potrebi znova dodeli drugi programski opremi. Če za seboj ne počistite nepotrebnega pomnilnika, se to imenuje uhajanje pomnilnika. To ni nujno velika težava pri kratkotrajnih programih, saj se pomnilnik sprosti, ko se postopek konča. Toda pri dolgo delujoči programski opremi lahko to na koncu porabi vedno več sistemskega pomnilnika, dokler se računalnik ne izprazni, kar običajno povzroči zrušitev programske opreme.

Pomembno je zagotoviti, da se podatki, ki jih shranjujete v spremenljivko, ujemajo s pomnilnikom, dodeljenim tej spremenljivki. Če imate spremenljivko, zasnovano tako, da vsebuje tri znake, in poskušate vanjo zapisati dvajset znakov, je to prekoračitev medpomnilnika. Prelivanje medpomnilnika lahko vpliva na sosednje pomnilniške naslove, kar povzroči poškodbo pomnilnika.

Težave z upravljanjem pomnilnika povzročijo nenamerno vedenje. To je predvsem v obliki zrušitev ali napak. V najslabšem primeru pa lahko povzroči ranljivosti pri izvajanju kode. Če je nenamerno vedenje predvidljivo, je morda mogoče zagotoviti določen vnos, zaradi katerega program izvede zlonamerno kodo. Kot tako je dobro upravljanje pomnilnika pomembno pri razvoju varne kode.

Navidezni pomnilnik

Eden od skritih dejavnikov upravljanja pomnilnika je uporaba navideznega pomnilnika. Navidezni pomnilnik upravlja operacijski sistem in ne aplikacija, kar pomeni, da razvijalci nanj ne morejo zares vplivati. Namesto da bi mu bili dodeljeni dejanski fizični pomnilniški naslovi, je vsakemu procesu dodeljen svoj edinstven pomnilniški naslovni prostor. Operacijski sistem nato pretvori virtualni naslov v fizični naslov, kadarkoli potrebuje dostop do pomnilnika.

Ena od ključnih prednosti uporabe navideznega pomnilnika je ta, da segmentira pomnilniški naslovni prostor med procesi. To prepreči enemu procesu, da bi lahko prebral pomnilnik drugega. Čeprav na splošno ni težava za zakonito programsko opremo, to pomaga zaščititi pred zlonamerno in lažno programsko opremo, ki okuži ali ukrade podatke iz drugih programov. Pomaga tudi preprečiti, da bi prelivanje medpomnilnika vplivalo na različne procese.

Kot dodatna prednost uporaba naslovov navideznega pomnilnika omogoča operacijskemu sistemu, da po potrebi prilagodi fizično lokacijo shranjenih podatkov. To se običajno uporablja za prenos redko uporabljenega pomnilnika na stran ali izmenjalno datoteko na shranjevalnem pogonu, ko so pomnilniški viri obremenjeni. To vpliva na zmogljivost, ko so potrebni naslovi navideznega pomnilnika, saj je shranjevanje počasnejše od pravega RAM-a, vendar tudi preprečuje zrušitve sistema ali aplikacij, kar je na splošno prednostno.

Zaključek

Upravljanje pomnilnika je postopek upravljanja omejenega vira sistemskega RAM-a. V programski opremi se to zdaj na splošno izvaja samodejno, vendar pa nekateri programski jeziki dovoljujejo ali zahtevajo ročno upravljanje pomnilnika. Napačno upravljanje pomnilnika lahko privede do številnih težav s poškodbami pomnilnika in potencialno do ranljivosti pri izvajanju kode. Operacijski sistem izvaja tudi nekaj upravljanja pomnilnika v obliki navideznih naslovov. To mu omogoča, da loči pomnilnik vsakega procesa, kar je uporabna varnostna funkcija. Prav tako omogoča operacijskemu sistemu, da prilagodi fizično lokacijo podatkov, ne da bi to vplivalo na dejanski proces.