¿Qué es la gestión de memoria?

La administración de memoria es una forma de administración de recursos, que se refiere específicamente a la administración de la memoria de la computadora o RAM. El núcleo del problema es administrar la memoria del sistema de asignación cuando se necesita y su liberación cuando ya no se necesita. En las computadoras modernas, la administración de la memoria también implica administrar el sistema de direccionamiento virtual para cada proceso en ejecución. Según el lenguaje de programación, la gestión de la memoria puede ser manual, automática o ambas.

¿Qué hace la gestión de memoria?

Cada computadora tiene un suministro limitado de memoria que debe compartirse entre todos los procesos en ejecución. La gestión de la memoria garantiza que este recurso limitado se libere cuando ya no se necesite. Muchos lenguajes antiguos, como C, se centran en la gestión manual de la memoria. Esto significa que el desarrollador de la aplicación tiene que asignar recursos específicamente para los valores que deben almacenarse en la memoria. Una vez que estas variables ya no son necesarias, el desarrollador también tiene que liberar la memoria nuevamente.

Uno de los otros factores de la gestión manual de la memoria es la necesidad de inicializar variables y borrar datos antes de liberar la memoria. Por ejemplo, si asigna memoria a una variable, se asigna una dirección de memoria. No se realizan más acciones, por lo que esta dirección de memoria puede contener valores de su uso anterior que nunca se borraron. Actuar sobre los datos en la memoria no inicializada puede tener resultados impredecibles, lo que puede implicar respuestas basura y bloqueos del programa. Incluso si intenta poner datos en la memoria, si no llena todo el espacio asignado a la variable, el espacio que no usó puede contener datos no inicializados. Para evitar esto, es importante inicializar las variables al administrar manualmente la memoria.

Sugerencia: inicializar una variable es el proceso de establecer una variable en un valor inicial conocido y, por lo general, borrarlo.

Los lenguajes más modernos, como Python, tienden a utilizar la gestión de memoria automática. Esto ejecuta automáticamente todos los procedimientos de inicialización y recolección de elementos no utilizados en segundo plano. Esto reduce la complejidad del desarrollo; sin embargo, puede afectar un poco el rendimiento y otorga un control un poco menos directo al desarrollador.

Problemas con la gestión de la memoria

Hay algunas formas en las que estropear la gestión de la memoria puede causar problemas potencialmente graves. El uso de memoria no inicializada, por ejemplo, puede conducir a un comportamiento indefinido. Por el contrario, no borrar la memoria antes de liberarla puede potencialmente filtrar datos a la próxima aplicación que intente usar esa sección de memoria.

Una vez que ya no se necesita una ubicación de memoria, debe liberarse. Esto permite que la computadora lo reasigne a otro software según sea necesario. Si no limpia la memoria innecesaria después de usted mismo, esto se denomina pérdida de memoria. Esto no es necesariamente un gran problema en los programas de ejecución corta, ya que una vez que finaliza el proceso, se liberará la memoria. Pero para el software de ejecución prolongada, esto puede terminar consumiendo más y más memoria del sistema, hasta que la computadora se agote, lo que generalmente provoca que el software se bloquee.

Es importante asegurarse de que los datos que está almacenando en una variable se ajusten a la memoria asignada a esa variable. Si tiene una variable diseñada para contener tres caracteres e intenta escribirle veinte caracteres, se trata de un desbordamiento de búfer. Los desbordamientos de búfer pueden afectar las direcciones de memoria adyacentes, lo que da como resultado la corrupción de la memoria.

Los problemas de administración de memoria dan como resultado un comportamiento no deseado. Esto toma principalmente la forma de bloqueos o errores. Sin embargo, en el peor de los casos, puede dar lugar a vulnerabilidades de ejecución de código. Si el comportamiento no deseado es predecible, es posible proporcionar una entrada específica que haga que el programa ejecute código malicioso. Como tal, una buena gestión de la memoria es importante para desarrollar un código seguro.

Memoria virtual

Uno de los factores ocultos de la gestión de la memoria es el uso de la memoria virtual. La memoria virtual es administrada por el sistema operativo en lugar de la aplicación, lo que significa que los desarrolladores realmente no pueden afectarla. En lugar de que se le asignen direcciones de memoria física reales, a cada proceso se le asigna su propio espacio de direcciones de memoria único. Luego, el sistema operativo convierte la dirección virtual en una dirección física cada vez que necesita acceder a la memoria.

Una de las ventajas clave de usar memoria virtual es que segmenta el espacio de direcciones de memoria entre procesos. Esto evita que un proceso pueda leer la memoria de otro. Si bien generalmente no es un problema para el software legítimo, esto ayuda a proteger contra malware y software no autorizado que infectan o roban datos de otros programas. También ayuda a evitar que los desbordamientos de búfer afecten a diferentes procesos.

Como beneficio adicional, el uso de direcciones de memoria virtual permite que el sistema operativo ajuste la ubicación física de los datos que se almacenan según sea necesario. Esto generalmente se usa para transferir memoria que rara vez se usa a una página o archivo de intercambio en una unidad de almacenamiento cuando los recursos de memoria están agotados. Esto incurre en un impacto en el rendimiento cuando se necesitan esas direcciones de memoria virtual, ya que el almacenamiento es más lento que la RAM real, pero también evita que el sistema o la aplicación se bloqueen, lo que generalmente se prefiere.

Conclusión

La administración de memoria es el proceso de administrar el recurso limitado de RAM del sistema. En el software, esto ahora generalmente se realiza automáticamente, sin embargo, algunos lenguajes de programación permiten o requieren la gestión manual de la memoria. La mala gestión de la memoria puede dar lugar a una gran variedad de problemas de corrupción de la memoria y, potencialmente, a vulnerabilidades de ejecución de código. El sistema operativo también realiza alguna gestión de memoria en forma de direcciones virtuales. Esto le permite segregar la memoria de cada proceso, una característica de seguridad útil. También permite que el sistema operativo ajuste la ubicación física de los datos sin afectar el proceso real.