O que é Gerenciamento de Memória?

O gerenciamento de memória é uma forma de gerenciamento de recursos, referindo-se especificamente ao gerenciamento da memória do computador ou RAM. O cerne da questão é gerenciar a memória do sistema de alocação quando ela é necessária e sua liberação quando não é mais necessária. Em computadores modernos, o gerenciamento de memória também envolve o gerenciamento do sistema de endereçamento virtual para cada processo em execução. Dependendo da linguagem de programação, o gerenciamento de memória pode ser manual, automático ou ambos.

O que o gerenciamento de memória faz?

Todo computador tem um suprimento limitado de memória que deve ser compartilhado entre todos os processos em execução. O gerenciamento de memória garante que esse recurso limitado seja liberado quando não for mais necessário. Muitas linguagens mais antigas, como C, focam no gerenciamento manual de memória. Isso significa que o desenvolvedor do aplicativo precisa alocar recursos especificamente para valores que precisam ser armazenados na memória. Uma vez que essas variáveis ​​não são mais necessárias, o desenvolvedor também precisa liberar a memória novamente.

Um dos outros fatores do gerenciamento manual de memória é a necessidade de inicializar as variáveis ​​e limpar os dados antes de liberar a memória. Por exemplo, se você alocar memória para uma variável, um endereço de memória é atribuído. Nenhuma outra ação é tomada, então este endereço de memória pode conter valores de seu uso anterior que nunca foram apagados. Atuar nos dados na memória não inicializada pode ter resultados imprevisíveis, que podem envolver respostas de lixo e travamentos do programa. Mesmo que você tente colocar dados na memória, se não preencher todo o espaço alocado para a variável, o espaço que você não utilizou pode conter dados não inicializados. Para evitar isso, é importante inicializar as variáveis ​​ao gerenciar manualmente a memória.

Dica: Inicializar uma variável é o processo de definir uma variável para um valor inicial conhecido, geralmente limpando-o.

Linguagens mais modernas, como Python, tendem a usar gerenciamento automático de memória. Isso executa automaticamente todos os procedimentos de inicialização e coleta de lixo em segundo plano. Isso reduz a complexidade do desenvolvimento, no entanto, pode afetar um pouco o desempenho e dá um pouco menos de controle direto ao desenvolvedor.

Problemas com gerenciamento de memória

Existem algumas maneiras pelas quais bagunçar o gerenciamento de memória pode causar problemas potencialmente sérios. O uso de memória não inicializada, por exemplo, pode levar a um comportamento indefinido. Por outro lado, não limpar a memória antes de liberá-la pode potencialmente vazar dados para o próximo aplicativo que tentar usar essa seção da memória.

Uma vez que um local de memória não é mais necessário, ele deve ser liberado. Isso permite que o computador o reatribua a outro software conforme necessário. Se você não limpar a memória desnecessária depois de você mesmo, isso é chamado de vazamento de memória. Isso não é necessariamente um grande problema em programas de execução curta, pois assim que o processo terminar, a memória será liberada. Mas para softwares de longa duração, isso pode acabar consumindo cada vez mais memória do sistema, até que o computador fique sem carga, normalmente resultando na falha do software.

É importante garantir que os dados armazenados em uma variável caibam na memória alocada para essa variável. Se você tiver uma variável projetada para conter três caracteres e tentar escrever vinte caracteres nela, isso é um estouro de buffer. Estouros de buffer podem afetar endereços de memória adjacentes, resultando em corrupção de memória.

Problemas de gerenciamento de memória resultam em comportamento não intencional. Isso ocorre principalmente na forma de travamentos ou erros. Nos piores cenários, no entanto, pode resultar em vulnerabilidades de execução de código. Se o comportamento não intencional for previsível, pode ser possível fornecer uma entrada específica que resulte na execução de código mal-intencionado pelo programa. Como tal, um bom gerenciamento de memória é importante no desenvolvimento de código seguro.

Memória virtual

Um dos fatores ocultos do gerenciamento de memória é o uso da memória virtual. A memória virtual é gerenciada pelo sistema operacional e não pelo aplicativo, o que significa que os desenvolvedores não podem realmente afetá-la. Em vez de receber endereços de memória física reais, cada processo recebe seu próprio espaço de endereço de memória exclusivo. O sistema operacional então converte o endereço virtual em um endereço físico sempre que precisar acessar a memória.

Uma das principais vantagens do uso da memória virtual é que ela segmenta o espaço de endereço da memória entre os processos. Isso impede que um processo seja capaz de ler a memória de outro. Embora geralmente não seja um problema para software legítimo, isso ajuda a proteger contra malware e software desonesto que infectam ou roubam dados de outros programas. Também ajuda a evitar que estouros de buffer afetem diferentes processos.

Como benefício extra, o uso de endereços de memória virtual permite que o sistema operacional ajuste a localização física dos dados armazenados conforme necessário. Isso geralmente é usado para transferir memória raramente usada para uma página ou arquivo de troca em uma unidade de armazenamento quando os recursos de memória são esgotados. Isso afeta o desempenho quando esses endereços de memória virtual são necessários, pois o armazenamento é mais lento do que a RAM real, mas também evita falhas no sistema ou no aplicativo, o que geralmente é o preferido.

Conclusão

O gerenciamento de memória é o processo de gerenciamento dos recursos limitados da RAM do sistema. No software, isso agora geralmente é feito automaticamente, no entanto, algumas linguagens de programação permitem ou exigem o gerenciamento manual da memória. O gerenciamento incorreto da memória pode levar a uma grande variedade de problemas de corrupção de memória e, potencialmente, a vulnerabilidades de execução de código. O sistema operacional também realiza algum gerenciamento de memória na forma de endereços virtuais. Isso permite segregar a memória de cada processo, um recurso de segurança útil. Ele também permite que o sistema operacional ajuste a localização física dos dados sem afetar o processo real.