Che cosè la gestione della memoria?

La gestione della memoria è una forma di gestione delle risorse, che si riferisce specificamente alla gestione della memoria del computer o RAM. Il nocciolo del problema è gestire la memoria del sistema di allocazione quando è necessaria e il suo rilascio quando non è più necessaria. Nei computer moderni, la gestione della memoria comporta anche la gestione del sistema di indirizzamento virtuale per ogni processo in esecuzione. A seconda del linguaggio di programmazione, la gestione della memoria può essere manuale, automatica o entrambe.

Cosa fa la gestione della memoria?

Ogni computer dispone di una quantità limitata di memoria che deve essere condivisa tra tutti i processi in esecuzione. La gestione della memoria garantisce che questa risorsa limitata venga liberata quando non è più necessaria. Molti linguaggi più vecchi, come il C, si concentrano sulla gestione manuale della memoria. Ciò significa che lo sviluppatore dell'applicazione deve allocare specificamente le risorse per i valori che devono essere archiviati in memoria. Una volta che queste variabili non sono più necessarie, lo sviluppatore deve anche rilasciare nuovamente la memoria.

Uno degli altri fattori della gestione manuale della memoria è la necessità di inizializzare le variabili e cancellare i dati prima di rilasciare la memoria. Ad esempio, se si alloca memoria a una variabile, viene assegnato un indirizzo di memoria. Non vengono intraprese ulteriori azioni, quindi questo indirizzo di memoria potrebbe contenere valori del suo utilizzo precedente che non sono mai stati cancellati. Agire sui dati nella memoria non inizializzata può avere risultati imprevedibili, che possono comportare risposte inutili e arresti anomali del programma. Anche se si tenta di inserire dati in memoria, se non si riempie l'intero spazio assegnato alla variabile, lo spazio non utilizzato può contenere dati non inizializzati. Per evitare ciò, è importante inizializzare le variabili durante la gestione manuale della memoria.

Suggerimento: l'inizializzazione di una variabile è il processo di impostazione di una variabile su un valore iniziale noto, in genere cancellandolo.

I linguaggi più moderni, come Python, tendono a utilizzare la gestione automatica della memoria. Questo esegue automaticamente tutte le procedure di inizializzazione e Garbage Collection in background. Ciò riduce la complessità dello sviluppo, tuttavia, può influire in qualche modo sulle prestazioni e offre un controllo leggermente meno diretto allo sviluppatore.

Problemi con la gestione della memoria

Ci sono alcuni modi in cui incasinare la gestione della memoria può causare problemi potenzialmente seri. L'uso della memoria non inizializzata, ad esempio, può portare a un comportamento indefinito. Al contrario, non cancellare la memoria prima di rilasciarla può potenzialmente far trapelare dati alla successiva applicazione che tenta di utilizzare quella sezione di memoria.

Una volta che una posizione di memoria non è più necessaria, dovrebbe essere rilasciata. Ciò consente al computer di riassegnarlo ad altri software secondo necessità. Se non ripulisci la memoria non necessaria dopo te stesso, si parla di perdita di memoria. Questo non è necessariamente un grosso problema nei programmi a esecuzione breve, poiché una volta terminato il processo, la memoria verrà rilasciata. Ma per il software di lunga durata, questo può finire per consumare sempre più memoria di sistema, fino a quando il computer si esaurisce, causando in genere il crash del software.

È importante assicurarsi che i dati archiviati in una variabile rientrino nella memoria allocata a tale variabile. Se hai una variabile progettata per contenere tre caratteri e provi a scriverci venti caratteri, questo è un overflow del buffer. Gli overflow del buffer possono influire sugli indirizzi di memoria adiacenti con conseguente danneggiamento della memoria.

I problemi di gestione della memoria provocano un comportamento indesiderato. Ciò assume principalmente la forma di arresti anomali o errori. Negli scenari peggiori, tuttavia, può causare vulnerabilità legate all'esecuzione di codice. Se il comportamento indesiderato è prevedibile, potrebbe essere possibile fornire un input specifico che fa sì che il programma esegua codice dannoso. Pertanto, una buona gestione della memoria è importante per lo sviluppo di codice sicuro.

Memoria virtuale

Uno dei fattori nascosti della gestione della memoria è l'uso della memoria virtuale. La memoria virtuale è gestita dal sistema operativo piuttosto che dall'applicazione, il che significa che gli sviluppatori non possono davvero influenzarla. Invece di ricevere indirizzi di memoria fisica effettivi, a ogni processo viene assegnato il proprio spazio di indirizzi di memoria univoco. Il sistema operativo converte quindi l'indirizzo virtuale in un indirizzo fisico ogni volta che deve accedere alla memoria.

Uno dei principali vantaggi dell'utilizzo della memoria virtuale è che segmenta lo spazio degli indirizzi di memoria tra i processi. Ciò impedisce a un processo di leggere la memoria di un altro. Sebbene generalmente non sia un problema per il software legittimo, questo aiuta a proteggere da malware e software canaglia che infettano o rubano dati da altri programmi. Aiuta anche a impedire che gli overflow del buffer influiscano su diversi processi.

Come ulteriore vantaggio, l'utilizzo di indirizzi di memoria virtuale consente al sistema operativo di regolare la posizione fisica dei dati archiviati secondo necessità. Questo generalmente viene utilizzato per trasferire la memoria utilizzata raramente su una pagina o scambiare file su un'unità di archiviazione quando le risorse di memoria sono esaurite. Ciò comporta un calo delle prestazioni quando sono necessari quegli indirizzi di memoria virtuale, poiché l'archiviazione è più lenta della RAM reale, ma previene anche arresti anomali del sistema o dell'applicazione, che è generalmente preferibile.

Conclusione

La gestione della memoria è il processo di gestione delle risorse limitate della RAM di sistema. Nel software, questo viene ora generalmente eseguito automaticamente, tuttavia alcuni linguaggi di programmazione consentono o richiedono la gestione manuale della memoria. Una cattiva gestione della memoria può portare a una vasta gamma di problemi di danneggiamento della memoria e potenzialmente a vulnerabilità di esecuzione del codice. Il sistema operativo esegue anche una certa gestione della memoria sotto forma di indirizzi virtuali. Ciò gli consente di separare la memoria di ciascun processo, un'utile funzione di sicurezza. Consente inoltre al sistema operativo di regolare la posizione fisica dei dati senza influire sul processo effettivo.