Heapverwaltung
Die Heapverwaltung ist ein Teil der Speicherverwaltung, der aufbauend auf der virtuellen Speicherverwaltung Funktionen zur Verwaltung dynamisch allozierten Speichers beliebiger Größe – dieser Speicher zusammengenommen wird dann auch als Heap bezeichnet – bereitstellt. In der C-Standardbibliothek sind damit die Funktionen malloc/free (und Konsorten) bzw. in der C++-Laufzeitumgebung new/delete gemeint. Gelegentlich werden die beiden Funktionen auch als Bestandteil der virtuellen Speicherverwaltung bezeichnet, da sie ebenfalls mit virtuellen Adressen arbeiten. Sie sind aber nicht mit Paging – d. h. dem, was in diesem Wiki als virtuelle Speicherverwaltung beschrieben wird – zu verwechseln.
Inhaltsverzeichnis
Überblick
Die oben genannten Funktionen werden sowohl im Userspace – als Teil der Standardbibliothek oder Laufzeitumgebung der verwendeten Programmiersprache – als auch im Kernel benötigt. Bei der Implementierung im Userspace werden dabei über Systemaufrufe die benötigten Funktionen der virtuellen Speicherverwaltung des Kernels – nicht der Heapverwaltung des Kernels, da der (Userspace-)Heap (normalerweise) vom Userspace selbst verwaltet wird – aufgerufen. Im Kernel wird direkt auf die virtuelle Speicherverwaltung zugegriffen.
Freispeicherliste
Die einfachste Möglichkeit malloc() und free() zu implementieren ist eine (meist einfach verkettete) Liste aus freien Speicherbereichen zu verwalten. Während malloc() wird dann diese Liste durchlaufen, um nach einem Speicherstück ausreichender Größe zu suchen. Diese Suche kann nach mehreren Strategien erfolgen:
- Exact fit: Ein Speicherstück mit exakt der geforderten Größe wird gesucht
- First fit: Das erstbeste, ausreichend große Speicherstück wird gesucht
- Best fit: Das kleinste, gerade noch ausreichend große Speicherstück wird gesucht
Falls eines gefunden wird, wird dieses aus der Liste entfernt und ein Zeiger auf den Speicherbereich zurückgegeben, ansonsten wird die virtuelle bzw. physische Speicherverwaltung aufgerufen, um neue Speicherseiten zu allozieren. Um Speicher zu sparen, ist es sinnvoll einen Speicherbereich, falls er viel zu groß – d. h. es muss noch Platz für eine weitere Header (siehe unten) und zumindest ein bisschen Speicher danach sein – ist, in zwei Teile zu splitten, wobei der erste zurückgegeben wird und der zweite der Freispeicherliste hinzugefügt wird.
Bei einem free() wird der freizugebende Speicherbereich der Liste der freien Speicherbereiche einfach vorne hinzugefügt.
Damit man für die Liste keinen eigenen Speicher allozieren muss, werden beim malloc bewusst einige Bytes mehr Speicher reserviert (vor dem anschließend benutzten Speicherbereich (genannt Header)), um die Größe und den next-Zeiger (und je nach Bedarf weitere Werte, wie z. B. Flags oder einen previous-Pointer) zu speichern.
Beispielimplementierung: Public-Domain C Library
Buddy-Speicherverwaltung
Die Buddy-Speicherverwaltung ist ein Kompromiss aus statischer und dynamischer Partitionierung (auch Halbierungsverfahren genannt). Die Anzahl nicht-ausgelagerter Prozesse ist dabei dynamisch und die interne Fragmentierung beschränkt.
siehe Wikipedia: Buddy-Speicherverwaltung
Andere Implementierung portieren
Anstatt die benötigten Funktionen selbst zu implementieren, ist es natürlich auch möglich, bestehende Implementierungen zu portieren. Z. B. stehen folgende Implementierungen unter einer freien Lizenz:
Weblinks
- Memory Management 2 von Tim Robinson
