ما هي إدارة الذاكرة؟

إدارة الذاكرة هي شكل من أشكال إدارة الموارد ، تشير على وجه التحديد إلى إدارة ذاكرة الكمبيوتر ، أو ذاكرة الوصول العشوائي. يتمثل جوهر المشكلة في إدارة ذاكرة نظام التخصيص عند الحاجة إليها وإصدارها عند عدم الحاجة إليها. في أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، تتضمن إدارة الذاكرة أيضًا إدارة نظام العنونة الافتراضي لكل عملية قيد التشغيل. اعتمادًا على لغة البرمجة ، يمكن أن تكون إدارة الذاكرة يدوية أو تلقائية أو كليهما.

ماذا تفعل إدارة الذاكرة؟

يحتوي كل جهاز كمبيوتر على كمية محدودة من الذاكرة التي يجب مشاركتها عبر جميع العمليات قيد التشغيل. تضمن إدارة الذاكرة تحرير هذا المورد المحدود عند عدم الحاجة إليه. تركز العديد من اللغات القديمة ، مثل C على الإدارة اليدوية للذاكرة. هذا يعني أن مطور التطبيق يجب أن يخصص على وجه التحديد الموارد للقيم التي يجب تخزينها في الذاكرة. بمجرد عدم الحاجة إلى هذه المتغيرات ، يتعين على المطور أيضًا تحرير الذاكرة مرة أخرى.

أحد العوامل الأخرى للإدارة اليدوية للذاكرة هو الحاجة إلى تهيئة المتغيرات ومسح البيانات قبل تحرير الذاكرة. على سبيل المثال ، إذا قمت بتخصيص ذاكرة لمتغير ، فسيتم تعيين عنوان ذاكرة. لم يتم اتخاذ أي إجراءات أخرى ، لذلك قد يحتوي عنوان الذاكرة هذا على قيم من استخدامه السابق لم يتم مسحها مطلقًا. يمكن أن يؤدي العمل على البيانات الموجودة في الذاكرة غير المهيأة إلى نتائج غير متوقعة ، والتي يمكن أن تتضمن استجابات غير صحيحة وتعطل البرنامج. حتى إذا حاولت وضع البيانات في الذاكرة ، إذا لم تملأ المساحة الكاملة المخصصة للمتغير ، يمكن أن تحتوي المساحة التي لم تستخدمها على بيانات غير مهيأة. لتجنب ذلك ، من المهم تهيئة المتغيرات عند إدارة الذاكرة يدويًا.

نصيحة: تهيئة متغير هي عملية تعيين متغير إلى قيمة بادئ معروفة ، وعادةً ما يتم محوها.

تميل اللغات الأكثر حداثة ، مثل Python ، إلى استخدام إدارة الذاكرة التلقائية. يعمل هذا تلقائيًا على تشغيل جميع إجراءات التهيئة وجمع البيانات المهملة في الخلفية. هذا يقلل من تعقيد التطوير ، ومع ذلك ، يمكن أن يؤثر على الأداء إلى حد ما ويعطي تحكمًا مباشرًا أقل قليلاً للمطور.

مشاكل في إدارة الذاكرة

هناك عدة طرق يمكن أن تؤدي بها العبث في إدارة الذاكرة إلى حدوث مشكلات خطيرة محتملة. يمكن أن يؤدي استخدام الذاكرة غير المهيأة ، على سبيل المثال ، إلى سلوك غير محدد. على العكس من ذلك ، قد يؤدي عدم مسح الذاكرة قبل تحريرها إلى تسرب البيانات إلى التطبيق التالي الذي يحاول استخدام هذا القسم من الذاكرة.

بمجرد عدم الحاجة إلى موقع الذاكرة ، يجب تحريره. يسمح هذا للكمبيوتر بإعادة تعيينه لبرامج أخرى حسب الحاجة. إذا لم تقم بتنظيف الذاكرة غير الضرورية بعد نفسك ، فيشار إلى ذلك على أنه تسرب للذاكرة. هذه ليست بالضرورة مشكلة كبيرة في البرامج قصيرة المدى ، فبمجرد انتهاء العملية ، سيتم تحرير الذاكرة. ولكن بالنسبة للبرامج التي تعمل لفترة طويلة ، يمكن أن ينتهي هذا الأمر باستهلاك المزيد والمزيد من ذاكرة النظام ، حتى نفاد الكمبيوتر ، مما يؤدي عادةً إلى تعطل البرنامج.

من المهم التأكد من أن البيانات التي تقوم بتخزينها في متغير تناسب الذاكرة المخصصة لذلك المتغير. إذا كان لديك متغير مصمم لاستيعاب ثلاثة أحرف ومحاولة كتابة عشرين حرفًا إليه ، فهذا يمثل تجاوزًا في المخزن المؤقت. يمكن أن يؤثر تجاوز سعة المخزن المؤقت على عناوين الذاكرة المجاورة مما يؤدي إلى تلف الذاكرة.

تؤدي مشكلات إدارة الذاكرة إلى سلوك غير مقصود. يأخذ هذا في المقام الأول شكل الأعطال أو الأخطاء. ومع ذلك ، في أسوأ السيناريوهات ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى ثغرات أمنية في تنفيذ التعليمات البرمجية. إذا كان السلوك غير المقصود متوقعًا ، فقد يكون من الممكن توفير إدخال محدد ينتج عنه تنفيذ البرنامج لتعليمات برمجية ضارة. على هذا النحو ، فإن الإدارة الجيدة للذاكرة مهمة في تطوير كود آمن.

ذاكرة افتراضية

أحد العوامل الخفية لإدارة الذاكرة هو استخدام الذاكرة الافتراضية. تتم إدارة الذاكرة الظاهرية بواسطة نظام التشغيل بدلاً من التطبيق مما يعني أن المطورين لا يمكنهم التأثير عليها حقًا. بدلاً من تعيين عناوين ذاكرة فعلية فعلية ، يتم تعيين مساحة عنوان ذاكرة فريدة لكل عملية. يقوم نظام التشغيل بعد ذلك بتحويل العنوان الظاهري إلى عنوان مادي كلما احتاج إلى الوصول إلى الذاكرة.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام الذاكرة الظاهرية في أنها تقسم مساحة عنوان الذاكرة بين العمليات. هذا يمنع عملية واحدة من القدرة على قراءة ذاكرة أخرى. على الرغم من أن هذا لا يمثل مشكلة بشكل عام للبرامج الشرعية ، إلا أن هذا يساعد في الحماية من البرامج الضارة والبرامج المخادعة التي تصيب البيانات من البرامج الأخرى أو تسرقها. كما أنه يساعد على منع فيضان المخزن المؤقت من التأثير على العمليات المختلفة.

كميزة إضافية ، يتيح استخدام عناوين الذاكرة الظاهرية لنظام التشغيل ضبط الموقع الفعلي للبيانات المخزنة حسب الحاجة. يتم استخدام هذا بشكل عام لنقل الذاكرة التي نادرًا ما تستخدم إلى صفحة أو ملف مبادلة على محرك أقراص التخزين عند توتر موارد الذاكرة. يؤدي هذا إلى حدوث نجاح في الأداء عندما تكون هناك حاجة إلى عناوين الذاكرة الظاهرية هذه ، حيث يكون التخزين أبطأ من ذاكرة الوصول العشوائي الحقيقية ، ولكنه يمنع أيضًا تعطل النظام أو التطبيق ، وهو أمر مفضل بشكل عام.

خاتمة

إدارة الذاكرة هي عملية إدارة الموارد المحدودة لذاكرة الوصول العشوائي للنظام. في البرامج ، يتم إجراء ذلك تلقائيًا بشكل عام ، ومع ذلك ، تسمح بعض لغات البرمجة أو تتطلب الإدارة اليدوية للذاكرة. يمكن أن يؤدي سوء إدارة الذاكرة إلى مجموعة كبيرة من مشكلات تلف الذاكرة وربما إلى ثغرات أمنية في تنفيذ التعليمات البرمجية. يقوم نظام التشغيل أيضًا بإجراء بعض عمليات إدارة الذاكرة في شكل عناوين افتراضية. هذا يسمح لها بفصل ذاكرة كل عملية ، وهي ميزة أمان مفيدة. كما يسمح لنظام التشغيل بضبط الموقع الفعلي للبيانات دون التأثير على العملية الفعلية.