Gestion de Memoria - Por Kevin Estrada

Asignatura:
Algoritmos y estructuras de datos
Nombres:
Yaró Flores Tellez
Hanssel Carcache Aguilar
Kevin Estrada Loaisiga
Fecha:
15 / 02 / 2019
Introducción
El presente documento tiene como finalidad dar a conocer el concepto de general de
gestión de memoria, asi como sus carcaterísticas, tipos y ejemplos aplicados; no obstante,
para definir que es la gestión de memoria debemos tener en claro que es la memoria y
cuales son sus funciones.
La memoria de una computadora almacena los datos de entrada, programas que se han de
ejecutar y resultados. En la mayoría de las computadoras existen dos tipos de memoria
principal: memoria de acceso aleatorio RAM que soporta almacenamiento temporal de
programas y datos y memoria de sólo lectura ROM que almacena datos o programas de
modo permanente. (Luis Joyanes A. 2008, p. 9).
A como Joyanes señala existen dos tipos de memoria principal (RAM Y ROM), ahora bien
podemos definir a la memoria RAM como la memoria se utiliza para almacenar, de modo
temporal información, datos y programas. En general, la información almacenada en
memoria puede ser de dos tipos: las instrucciones de un programa y los datos con los que
operan las instrucciones; mientras que, la memoria ROM es una memoria que almacena
información de modo permanente en la que no se puede escribir (viene pregrabada
“grabada” por el fabricante) ya que es una memoria de sólo lectura.
La memoria principal es la encargada de almacenar los programas y datos que se están
ejecutando y su principal característica es que el acceso a los datos o instrucciones desde
esta memoria es muy rápido (Aguilar, 2008).
¿Qué es la gestión de la memoria?
Según Y. Gutierrez (2013), se denomina gestión de memoria al acto de gestionar la
memoria de un dispositivo informático. De forma simplificada se trata de proveer
mecanismos para asignar secciones de memoria a los programas que las solicitan, y a la vez,
liberar las secciones de memoria que ya no se utilizan para que estén disponibles para otros
programas.
Vikas Awasthy, (2015)
“La gestión de memoria requiere que el programador proporcione formas de asignar
dinámicamente partes de la memoria a los programas, cuando se solicite, y liberarla
para reutilizarla cuando ya no sea necesaria. En cualquier sistema informático
avanzado, donde más de un proceso puede estar ejecutándose en un momento
dado, esto es crítico.”
La memoria es uno de los principales recursos de la computadora, la cual debe de
administrarse con mucho cuidado. Aunque actualmente la mayoría de los sistemas de
cómputo cuentan con una alta capacidad de memoria, de igual manera las aplicaciones
actuales tienen también altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez
de memoria en los sistemas multitarea y/o multiusuario.
Al hablar de gestión de memoria existen dos tipos datos y se corresponden con el tipo de
memoria, ya sea dinámica (DRA) o estática (SRAM)
TIPO
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Menor capacidad, debido
a que cada celda de
La velocidad de acceso
almacenamiento requiere
es alta.
más transistores.
Para retener los datos
Mayor costo por bit.
solo necesita estar
Memoria
energizada.
estática
Son más fáciles de
No se puede modificar el
tamaño de la estructura en
T.D.E
diseñar.
No es optima con grandes
Logica simple
cantidades de datos
Optimas para resolver
Desperdicios de memoria
problemas
cuando no se utiliza
totalidad del tamaño
TIPO
VENTAJAS
Mayor
Memoria
dinámica
densidad
DESVENTAJAS
y
capacidad.
consumo
bajar.
Necesita recargar de la
Menor costo por bit.
Menor
La velocidad de acceso es
de
potencia.
Gestión de memoria en C
Hay dos formas en que la memoria se puede asignar en C:
información.
almacenada
para retenerla.
Diseño complejo.
Declarando variables
Al solicitar explícitamente espacio desde C
El lenguaje de programación C proporciona varias funciones para la asignación y
administración de memoria. Estas funciones se pueden encontrar en el archivo de cabecera
<stdlib.h>.
Todas las funciones se dan a continuación:
void * calloc (int num, int size): esta función asigna una matriz de elementos num. El tamaño
de cada elemento en bytes será el tamaño.
void free (void * address): esta función libera un bloque de memoria especificado por una
dirección.
void * malloc (int num): esta función asigna una matriz de bytes numéricos y los deja
inicializados.
void * realloc (void * address, int newsize): esta función reasigna la memoria y la amplía a
un nuevo tamaño.
Importancia de la gestión de memoria.
Considerando que una computadora solo tiene una cantidad finita de memoria, es natural
que las aplicaciones deban administrar esta memoria de manera conservadora.
Brain y Crawford (S.F.)
“Para comprender mejor la importancia de la administración de la memoria,
considere cómo un programa usa la memoria. Cuando ejecuta un programa por
primera vez, se carga en la memoria de su computadora y comienza a ejecutarse
enviando y recibiendo instrucciones del procesador de la computadora. Cuando el
programa necesita ejecutar una función particular, carga esa función en otra parte
de la memoria mientras dura su ejecución, y luego abandona esa memoria cuando
la función está completa. Además, cada nuevo dato utilizado en el programa
principal ocupa memoria durante la duración del programa.”
Una de las cosas que hace que C sea un lenguaje tan versátil es que el programador puede
escalar un programa para ejecutarlo con una cantidad muy pequeña de memoria. Cuando
se escribió C por primera vez, esta era una característica importante porque las
computadoras no eran tan poderosas como lo son hoy. Con la demanda actual de productos
electrónicos pequeños, desde teléfonos móviles hasta pequeños dispositivos médicos,
existe un interés renovado en mantener los requisitos de memoria pequeños para algunos
programas. C es el lenguaje de referencia para la mayoría de los programadores que
necesitan mucho control sobre el uso de la memoria.
Ejemplos de gestión de memoria en C.
Ejemplo 1:
El principal problema es que las variables estáticas tienen un tamaño fijo. En C++ se permite
reservar y liberar zonas de memoria a la hora de ejecutar un programa.
Para la reserva de memoria se usa la función new junto con el tipo de variable que queremos
reservar por ejemplo:
New int;
New float;
New char;
Esto se aplica de esta forma:
Float *ptr;
ptr = new float;
Otra de forma de gestionar la memoria es creando un arreglo siguiendo el mismo ejemplo
anterior:
New tipo[num];
De esta forma se reserva espacio para num posiciones del tipo de variable que se desea
ocupar.
Esto se aplica de esta forma:
Int *ptr;
Ptr = new int[15];
Lo que hace esto es que se creen 15 espacios del tipo int en la memoria donde podemos
asignar los valores que deseamos.
Ejemplo 2:
Cout<<”Numero de valores?”;
Cin<<tam;
Int *ptr = new int [tam];
For (int i=0; i<tam; i++)
Ptr[i] = i;
En este ejemplo podemos ver que nos pide de cuantos valores queremos crear el espacio
de memoria para poder almacenar el número de valores que deseemos.
Para liberar un espacio de memoria se utiliza la función delete, esto se puede ocupar de la
siguiente manera:
Delete puntero;
Delete [] puntero;
Por ejemplo:
Ptr[4]=17;
Cout<<ptr[4];
Delete[] ptr;
Cout <<ptr[4];
La primera que mandemos a mostrar el puntero se mostrará 17, pero una vez que el delete
libere el espacio de memoria que utiliza en el segundo cout se mostrará un error porque
dicho valor ya no existe.
Ejemplos de gestión de memoria en C.
Asignando memoria dinámicamente.
Durante la programación, si somos conscientes del tamaño de una matriz, es fácil definir la
matriz. Por ejemplo, para almacenar el nombre de cualquier persona, si la matriz puede
tener un máximo de 100 caracteres, podemos definir algo de la siguiente manera:
char name [100];
Pero ahora, consideremos una situación en la que no tenemos idea de la longitud del texto
que necesitamos almacenar. Por ejemplo, si queremos almacenar una descripción detallada
sobre un tema, debemos definir un puntero a un carácter sin definir cuánta memoria se
requiere y luego, según el requisito, podemos asignar memoria, como se muestra en el
siguiente ejemplo. :
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
char name[100];
char * description;
strcpy(name, “Vikas Awasthy”);
/* allocate memory dynamically * /
description = malloc( 200 * sizeof(char) );
if( description == NULL )
{
fprintf(stderr, “Error - unable to allocate required memory \n”);
}
else
{
strcpy( description, “Vikas Awasthy is an Application Developer”);
}
printf(“Name = %s\n”, name );
printf(“Description: %s\n”, description );
}
Output of Code:Name = Vikas Awasthy
Description: Vikas Awasthy is an Application Developer
Redimensionando y liberando memoria
Cuando se ejecuta nuestro programa, el sistema operativo libera automáticamente toda la
memoria asignada por nuestro programa, pero como buena práctica, cuando ya no
necesitamos más memoria, debemos liberar esa memoria llamando a la función free ().
Alternativamente, podemos aumentar o disminuir el tamaño de un bloque de memoria
asignado llamando a la función realloc (). Revisemos el programa anterior una vez más y
hagamos uso de las funciones realloc () y free ():
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
char name[100];
char * description;
strcpy(name, “Vikas Awasthy”);
/* allocate memory dynamically * /
description = malloc( 30 * sizeof(char) );
if( description == NULL )
{
fprintf(stderr, “Error - unable to allocate required memory\n”);
}
else
{
strcpy( description, “Vikas Awasthy is an Application Developer.”);
}
/* suppose we want to store more description * /
description = realloc( description, 100 * sizeof(char) );
if( description == NULL )
{
fprintf(stderr, “Error - unable to allocate required memory\n”);
}
else
{
strcat( description, “He works in IBM India.”);
}
printf(“Name = %s\n”, name );
printf(“Description: %s\n”, description );
/* release memory using free() function * /
free(description);
}
Output of above code:Name = Vikas Awasthy
Description: Vikas Awasthy is an Application Developer. He works in IBM
India.
Conclusiones
La gestión de la memoria puede ser muy útil para resolver aspectos como la presencia
simultánea de más de un programa en memoria, la carga de programas y su ubicación, la
ejecución de programas que no caben completos en memoria y la gestión eficiente del
espacio de memoria libre. Si se trabaja solo con variables estáticas y no se gestiona bien la
memoria nos podemos encontrar con varios problemas como insuficiencia de memoria
debido a que estas variables tienen un tamaño fijo y también la situación donde no se
pueden complementar varios programas en un mismo código.
Recomendaciones
El buen uso de la gestión de memoria es muy importante para cualquier sistema informático
debido a que todos cuentan con una memoria finita que si llega a saturarse puede ser crítico
para el sistema. Aunque los sistemas de hoy en día cuenten con más memoria para evitar
que se sature, los programas de hoy también ocupan mucho más memoria que antes lo que
genera escasez de memoria. Por lo que se recomienda utilizar cada vez más la memoria
dinámica para emplear lo necesario para el programa y de esta forma no malgastar la
memoria, es necesario utilizarla y liberarla una vez que se haya dejado de utilizar para así
evitar que el sistema se vea perjudicado gravemente. Esto no indica que se tenga que
utilizar la memoria dinámica para todo tipo de programa pero si se recomienda que la
estática sea ocupada para pequeñas cantidades de datos, y al contrario la memoria
dinámica tiene que ser utilizada para grandes cantidades de datos, de esta forma se puede
evitar el mal uso de la memoria.
Acontinuación se brindaran reglas que forman parte del CERT C Coding Standard proveido
por el Instituto de Ingeniería de software, SEI por sus siglas en ingles.
Regla 08. Gestión de Memoria.
No acceder a la memoria liberada.
Liberar la memoria asignada dinámicamente cuando ya no sea necesaria.
Asignar y copiar estructuras que contienen un miembro de matriz flexible
dinámicamente.
Solo memoria libre asignada dinámicamente.
Asignar memoria suficiente para un objeto.
No modifique la alineación de objetos llamando a realloc ().
Para conocer mas acercar del SEI CERT C Coding Standard visite el siguiente enlace:
https://resources.sei.cmu.edu/downloads/secure-coding/assets/sei-cert-c-codingstandard-2016-v01.pdf
Bibliografia
Joyanes Aguilar, L. (2008). Fundamentos de programación: algoritmos, estructuras de datos
y objetos (4ta. Ed.). España: McGRAW-HILL.
Gutiérrez Sánchez Y. (14 de Abril de 2013). Sistemas Operativos: Gestion de memoria.
Recuperado de https://sites.google.com/site/sisoper1/home/gestion-de-memoria
Vikas Awasthy, (9 de Diciembre de 2015). The Importance of Memory Management.
Recuperado de https://opensourceforu.com/2015/12/the-importance-of-memorymanagement/
Anonimo, (S.F.). Elementos de programación: Memoria dinámica. Recuperado de
http://www.lcc.uma.es/~fvn/EleProg/punteros_apuntes_y_ejercicios.pdf
Diego, (3 de Abril de 2011). Estructura de datos: Memoria dinámica y estatica. Recuperado
de
http://diego-estructuradedatos1.blogspot.com/2011/04/memoria-estatica-y-
dinamica.html
Brain, M. y Crawford, S. (S.F.). How C programming works: The importance of memory
management in C. Recuperado de https://computer.howstuffworks.com/cprogramming11.htm
Salvador Pozo, (Septiembre del 2000). Operadores de memoria new y delete. Recuperado
de http://c.conclase.net/curso/?cap=013b
Repositorio. Universidad del Pais Vasco, (S.F.). Sistemas Operativos II: Gestión de la
memoria. Recuperado de http://www.sc.ehu.es/acwlaroa/SO2/Apuntes/Cap4.pdf
Repositorio. Universitat Jaume I, (S.F.). Gestión dinámica de memoria. Recuperado de
http://repositori.uji.es/xmlui/bitstream/handle/10234/119887/tema6.pdf;jsessioni
d=A00F329211612B469417FB5BAA89DC2C?sequence=1
Carnegie Mellon University, (S.F.). SEI CERT C Coding Standard: Rule 08. Memory
Management (MEM). Recuperado de
https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/pages/viewpage.action?pageId=87152142