Л.Е. Карпов - Системы программирования (1114903), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Распределение всоответствии с дисциплиной произвольного распределения память может происходитьявно самим разработчиком программы, а может осуществляться компиляторомавтоматически, то есть неявно.Выбор той или иной стратегии и дисциплины основывается на следующихкритериях:•••эффективность начального распределения памяти;эффективность восстановления статуса “свободной памяти”;эффективность уплотнения свободных участков областей памяти(эффективность объединения свободных фрагментов во фрагментысуммарного размера).Исходными данными для распределения памяти являются информационныетаблицы компилятора, полученные на фазах анализа исходной программы.
Этаинформация собирается на основе обработки операторов описания объектов данныхпрограммы и пополняется при компиляции исполняемых операторов программы наоснове семантических правил входного языка. Именно поэтому семантический анализтакже должен предшествовать фазе распределения памяти.С учетом выделенных объектов для хранения в памяти наиболее целесообразновыбирать••для кодов пользовательских программ, кодов системных программ, буферовввода/вывода: статические области памяти и стратегию статического распределения.для данных разной природы, необходимых для работы различных программ: статические области памяти и стратегию статического распределения– для глобальных, статических (не глобальных, а собственных)переменных, констант, внутренних структур данных, возникающихпри трансляции некоторых языковых конструкций, например, таблицвиртуальных функций для полиморфных классов; динамическую стратегию со стековой дисциплиной – дляраспределения памяти под локальные переменные;52динамическуюстратегиюсдисциплинойпроизвольногораспределения – для переменных, создаваемых по явному запросу спомощью специальных операторов или библиотечных функций(операторы new в Паскале и Си++, функция malloc() в Си), а также дляпеременных, размеры которых меняются в процессе выполненияпрограммы (объекты типа vector из библиотеки STL).для записей о текущем состоянии процесса выполнения программ, а такжедля записей о входах в блоки операторов, которые можно рассматривать вкачестве процедур без параметров.Например, для записей об активации процедур, которые содержат всюнеобходимую информацию для обеспечения выполнения процедур ивозврата в точки вызова, в частности, фактические параметры, локальные, втом числе временные переменные, адреса возврата, значения регистров вмомент входа в процедуру, ссылки на подобные записи объемлющих ивызвавших процедур.
После завершения работы процедуры ее текущаязапись об активации разрушается. Для записей активации можно выбирать статическую стратегию с выделением фиксированных зон в памятидля каждой нерекурсивной процедуры и каждого блоканерекурсивных процедур. динамическую стратегию со стековой дисциплиной (для языковпрограммирования, поддерживающих рекурсивные процедуры).•Распределение памяти нужно проводить не для всех элементов программы.Многое определяется в этом процессе реализацией компилятора и особенностямивычислительной архитектуры. Например, если в системе команд машины имеетсяформат непосредственных данных (данных, размещаемых непосредственно в самойкоманде), то распределять память для некоторых целочисленных (а иногда ивещественных) констант в статической памяти не обязательно, они будут размещены всамой программе.
Некоторые объекты данных программы могут при распределениипамяти получить одинаковые адреса (например, две одинаковые строковые константыили две разные локальные переменные, никогда не используемые одновременно).При распределении памяти для элементов данных может вызыватьопределенные трудности учет требований выравнивания адресов некоторых объектовданных на границы аппаратно поддерживаемых элементов данных – слов, двойныхслов, параграфов и страниц.
Требования выравнивания адресов могут приводить кпотерям памяти, а также к трудностям при совместной работе программ, написанныхна разных языках программирования и обрабатываемых разными компиляторами,имеющими разные стратегии распределения памяти. Потери памяти, возникающие изза выравнивания, можно легко оценить, сравнив значения размеров сложных объектов(структур, массивов) с суммой размеров составляющих их элементов. Все этипроблемы обычно решаются в рамках каждой конкретной вычислительной системы поразному (возможно даже хранение данных в упакованном виде с распаковкой ихзначений при попытке доступа к ним).Глобальная область памяти выделяется один раз при инициализацииобъектной программы и доступна в этой программе все время, пока эта программавыполняется.
Локальная область памяти выделяется в начале выполнениянекоторого фрагмента работающей программы (оператора, блока, функции,процедуры). Использовать локальную память вне пределов ее видимости,53определяемыхсинтаксическимиисемантическимиправиламиязыковпрограммирования, нельзя.Распределение статической памяти (как глобальной, так и локальной) невызывает особых сложностей, размеры объектов базовых типов данных точноопределены для каждой вычислительной системы, компилятору надо лишьприспособить аппаратные элементы для хранения значений программных объектов, тоесть выбрать оптимальный из многих возможных вариантов.Наибольшие сложности вызывает распределение динамической памяти,которая называется так потому, что ее размер не известен на стадии компиляции(независимо от того, глобальная это память, или локальная).
Неопределенность размерадинамической памяти не позволяет компилятору непосредственно зафиксировать ееадрес. Этого нельзя сделать даже символически, передав указание следующимкомпонентам системы программирования: редактор связей также не в состоянии будетопределить этот адрес. Все, что может сделать компилятор, вставить в программуспециальную подпрограмму, к которой можно будет обращаться для выделения места вдинамической области памяти и освобождения этого места, когда потребность в немисчезнет.Обычно с динамическими областями памяти связаны многие операции суказателями и конструкторами экземпляров объектов (классов). При использованиидинамических объектов памяти говорят о динамическом связывании объекта данных иобласти памяти.В динамической области памяти могут располагаться как зоны, выделяемыепользователем (работающей программой), так и зоны, выделяемые компилятором, но ите и другие выделяются в процессе выполнения программы.Пользователь может выделять и освобождать динамические области памяти,выполняя специальные операторы или обращаясь к библиотечным функциям (new иdispose в Паскале, malloc() и free() в Си, new и delete в Си++).
Этиоператоры и функции, в свою очередь, могут использовать возможности операционнойсистемы, а могут производить распределение памяти самостоятельно в рамкахстатически выделенного большого участка памяти. В любом случае за распределение иосвобождение памяти несет ответственность сам автор программы, а компилятор лишьвставляет в нужные места программы обращения к нужным функциям.По-другому организована работа компилятора для работы с динамическойпамятью, ответственность за распределение которой возложена на компилятор.Потребность автоматически распределять динамическую память возникает, когда впрограмме используются такие операции над данными, которые требуютперераспределения памяти, а сами операторы перераспределения в программеотсутствуют.
Примером такой ситуации может служить внешне простая операцияконкатенации строковых переменных в языке Basic. В объектно-ориентированныхязыках программирования к такому перераспределению могут приводить некоторыеоперации над экземплярами объектов. Во всех таких случаях компилятор долженсформировать команды, обеспечивающие своевременное выделение памяти,необходимой для выполнения операции, а также последующее освобождение этойпамяти.Общая структура размещения в памяти отдельных областей такова:54команды иконстантыстатическиеданныестек“куча”Из нее понятно, что для двух динамических областей, границы которых нельзяопределить заранее, можно выделить общую зону и организовать в ней встречныенаправления роста стековой области и области с произвольной дисциплинойраспределения.
Точная граница между двумя динамическими зонами с разнымистратегиями распределения памяти не предусматривается, вместо этого системнаяподдержка гарантирует проведение постоянного контроля за совокупным размеромдвух динамических зон.Технологии динамического распределения памяти. Техническая реализацияметодов управления динамической памяти в значительной степени зависит от техпотребностей, которые демонстрируют пользователи, определяя в своих программахобъекты, память для которых должна выделяться на основе динамической стратегии.В ответ на явные запросы пользователей, оформленные в виде явных обращенийк системным функциям захвата памяти, обычно выделяются блоки одинаковогоразмера:свободнозанятоПо мере освобождения таких блоков начинает формироваться список свободныхблоков, дальнейшие запросы пользователей приводят к выделению блоков из спискасвободных, что позволяет снизить требования к наличной памяти вычислительнойсистемы. Одинаковые размеры выделяемых блоков памяти делают проблемуфрагментации памяти практически не актуальной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
