MEmoria Ram

Gerência de Memória

A cada dia que passa os programadores necessitam de mais memória e mais programas rodando simultaneamente para poderem tratar cada vez mais informações. O tratamento necessário da memória utilizada não é uma tarefa fácil de ser implementada. Existem vários requisitos que devem ser observados para o correto funcionamento, tais como, segurança, isolamento, performance, entre outros. Para isto a função de gerenciar a memória passa a ser do sistema operacional e não mais do aplicativo.

Para que uma memória funcione de maneira correta, é necessário que se tome cuidado com vários elementos como segurança e isolamento, e para isso é utilizado o gerenciamento de memória. Este desenvolve sua função a partir de duas tarefas, a Alocação de Memória e a Fragmentação:

A Alocação pode ser tanto estática, feita quando o programa é compilado, e a dinâmica, adiada até a execução.

A Fragmentação, desperdício de memória, por sua vez pode ser interna, sobra na memória reservada ao programa, e externa que acontece quando após o termino dos programas são deixadas pequenas lacunas entre as páginas.

Para que a utilização da memória seja mais vantajosa, é utilizada a Paginação, processos virtuais da memória, aplicados na divisão da memória física em partições menores, chamadas de frames. O conjunto de registradores especiais rápidos chama-se Translation Lookaside Buffer, estes são subdivididos em chave valor que lhe é dado em todos os registradores ao mesmo tempo, e valor.

Existe uma técnica de gerencia de memória chamada memória virtual, que é onde memórias principais e secundárias juntas criam a ilusão de que há muito mais memória, com isso os programas e suas estruturas de dados não se limitam ao tamanho da memória física, e assumem endereços na memória secundária. O gerenciamento de memória virtual pode ocasionar vazamento de memória, ou seja, quando determinada quantia de memória é alocada e não liberada mesmo que não sendo utilizada, assim dados perdem a referencia sem ao menos terem usado memória. O gerenciamento automático chama-se Garbage collector. Ele retira os blocos de memória automaticamente. Seus algoritmos são divididos em duas famílias: a Identificação direta, por contagem de referência, e a Identificação indireta, por varrimento.

Alocação

A alocação de memória está dividida em 3(três) partes:

Alocação Estática: Decisão tomada quando o programa é compilado.

Quando o programa é executado o Sistema operacional o lê e cria um processo, sendo o programa uma noção estática e o processo o programa em execução, que é criado em armazenamento primário e após isso recebe um espaço na memória. O espaço de memória é dividido em varias partes, uma das partes se chama segmentos de memória, que armazena dados estáticos, e outro se chama segmento de código que guarda instruções do programa. Quando o programa é executado o registrador PC apontará para determinado endereço do segmento de código do processo, que se chama TEXT. Para que se realize a alocação estática o compilador deve saber o total de memória que está livre, mandar esta informação para o SO para que este crie um segmento de dados.

Alocação Dinâmica: Decisão é adiada até a execução. (Permite Swapping)

Os objetos alocados dinamicamente podem ser criados e liberados a qualquer momento, em qualquer ordem, o que difere dos objetos locais das funções, que são criados e destruídos em uma ordem específica. Dado isto, é preciso organizar a memória para objetos dinâmicos de uma forma que possibilite o gerenciamento do tempo de vida dos objetos por parte do programador. A memória reservada para objetos dinâmica costuma ser chamada de heap, existem várias formas de organizar um heap. Em linguagens sem gerenciamento automático (linguagem C), da memória dinâmica, uma organização usual do heap é uma lista encadeada de blocos livres, porém este tipo de organização pode ter problemas devido à fragmentação dos blocos. Já em linguagens com gerenciamento automático de memória dinâmica (Java), a organização do heap depende da parte do sistema de tempo de execução encarregada deste gerenciamento. Este componente é normalmente chamado de coletor de lixo.

Alocação Local:

Este processo de alocação é usado para variáveis que são locais a funções e sub-rotinas. Isso significa que o processo em execução deve manter acessível as variáveis locais da função ou procedimento que está executando no momento. Além disso, pelas propriedades do escopo em blocos, também devem estar acessíveis as variáveis de blocos mais externos. Em linguagens que permitem a definição de funções aninhadas, acessando as variáveis de quaisquer funções definidas externamente à função atualmente em execução. Como uma função pode chamar outras funções, um número arbitrário de funções pode estar no meio de sua execução em um determinado momento, mesmo que apenas uma esteja realmente sendo executada, isso indica que o contexto de várias funções deve ser mantido enquanto as mesmas não concluíram sua execução.

Fragmentação

Desperdício de páginas de memória alocadas.

Pode ser de dois tipos: interna e externa.

Interna: Ocorre quando o processo não ocupa inteiramente os blocos de memória (páginas) reservados para ele. Geralmente acontece pois o tamanho do processo não é um múltiplo do tamanho da página de memória, o que acarreta sobra de espaço na última página alocada.

Externa: Ocorre à medida que os programas vão terminando e deixando lacunas cada vez menores de espaços entre as páginas. Dependendo do tamanho que precisa ser escrito em memória, estes espaços podem ser pequenos demais para serem úteis, e assim ficam inutilizados.

Estratégias para "atacar" o problema com o algoritmos First-fit, Best-fit, Worst-fit e Next-fit

Paginação

No contexto dos sistemas operacionais, a paginação da memória do computador é um processo de virtualização da memória que consiste na subdivisão da memória física em pequenas partições (frames), para permitir uma utilização mais eficiente da mesma. A alocação de memória é requisitada