جمع البيانات المهملة وإدارة الذاكرة

تتحكم إدارة الذاكرة في كيفية تخصيص البرامج للذاكرة واستعادتها؛ ويعمل جمع البيانات المهملة على أتمتة الاستعادة من خلال تحديد وتحرير الكائنات التي لم يعد من الممكن الوصول إليها.

Definition

إدارة الذاكرة هي تخصيص واستعادة ذاكرة البرنامج؛ وجمع البيانات المهملة هو استعادة تلقائية تحرر الذاكرة التي تشغلها الكائنات التي لم يعد البرنامج قادرًا على الوصول إليها، مما يعفي المبرمج من إلغاء التخصيص الصريح.

Scope

يغطي هذا الموضوع إدارة الذاكرة التلقائية واليدوية لأوقات تشغيل اللغة: عد المراجع، التحديد والمسح، النسخ، والجمع الأجيالي؛ تتبع إمكانية الوصول؛ والمفاضلات بين الإنتاجية، وقت التوقف، والنفقات العامة للذاكرة. ويتناول الجامعات المتزامنة والتزايدية والعلاقة بين استراتيجية الجمع وتصميم اللغة.

Core questions

• كيف يحدد الجامع الكائنات التي لا تزال مطلوبة؟
• ما هي المفاضلات بين الإنتاجية، زمن الاستجابة، وبصمة الذاكرة؟
• لماذا يؤدي فصل الكائنات حسب العمر (الجمع الأجيالي) إلى تحسين الكفاءة؟
• كيف يمكن للجمع تجنب فترات توقف طويلة في الأنظمة التفاعلية أو في الوقت الفعلي؟

Key theories

جمع البيانات المهملة بالتتبع

قدم مكارثي جمع البيانات المهملة التلقائي للغة ليسب، مؤسسًا فكرة استعادة الذاكرة عن طريق تتبع الكائنات التي تظل قابلة للوصول من جذور البرنامج.

الجمع الأجيالي

لاحظ ليبرمان وهيويت أن معظم الكائنات تموت مبكرًا واقترحا جمع الأجيال الأصغر بشكل متكرر، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة الجمع في الممارسة (الفرضية الأجيالية).

تصنيف تقنيات الجمع

ينظم ويلسون ودليل جمع البيانات المهملة مساحة تصميم عد المراجع، التحديد والمسح، النسخ، الجامعات التزايدية والمتزامنة ومفاضلات أدائها.

Clinical relevance

تزيل إدارة الذاكرة التلقائية فئات كاملة من الأخطاء مثل المؤشرات المعلقة وتسرب الذاكرة، ولهذا السبب تعتمد معظم اللغات عالية المستوى على جمع البيانات المهملة. يؤثر اختيار الجامع بقوة على زمن استجابة التطبيق وإنتاجيته، خاصة بالنسبة للأنظمة التفاعلية والخوادم.

History

قدم مكارثي جمع البيانات المهملة مع لغة ليسب (Lisp) في عام 1960. تبع ذلك جمع النسخ (تشيني) وعد المراجع، واستغل الجامع الأجيالي لليبرمان وهيويت عام 1983 أعمار الكائنات. أنتجت العقود اللاحقة جامعات تزايدية ومتزامنة وقائمة على المناطق، وتم مسحها بشكل شامل في عمل ويلسون عام 1992 ودليل جمع البيانات المهملة لعام 2011.

Debates

الجمع التلقائي مقابل الإدارة اليدوية أو القائمة على الملكية

يناقش المصممون جمع البيانات المهملة، وهو آمن ومريح ولكنه قد يفرض فترات توقف ونفقات عامة، مقابل الإدارة اليدوية أو القائمة على الملكية، والتي توفر أداءً يمكن التنبؤ به وبصمة أقل على حساب عبء المبرمج والمخاطر.

Key figures

• John McCarthy
• Henry Lieberman
• Carl Hewitt
• Richard Jones
• Paul Wilson

Seminal works

• mccarthy1960
• lieberman1983
• wilson1992
• jones2011

Frequently asked questions

كيف يعرف جامع البيانات المهملة الكائنات التي يجب تحريرها؟

يبدأ الجامع المتتبع من الجذور المعروفة، مثل متغيرات المكدس والمتغيرات العامة، ويتبع المراجع لتحديد جميع الكائنات التي يمكن الوصول إليها؛ أي شيء لا يمكن الوصول إليه يعتبر غير قابل للوصول ويمكن استعادته.

لماذا يعتبر جمع البيانات المهملة الأجيالي فعالاً؟

نظرًا لأن معظم الكائنات تصبح غير قابلة للوصول بعد وقت قصير من التخصيص، فإن جمع الجيل الشاب بشكل متكرر يستعيد معظم البيانات المهملة بتكلفة منخفضة بينما يتم فحص الكائنات القديمة طويلة الأمد بشكل أقل تكرارًا.