👨🏽‍🌾 🌒 🦂 आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाओं में मेमोरी मैनेजमेंट को समझना 🏹 🏇🏽 🌍

हेलो, हेब्र! मैं आपको दीपू के ससिधरन के लेख " आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाओं में स्मृति प्रबंधन को कमजोर करना " का अनुवाद प्रस्तुत करता हूं ।

लेखों की इस श्रृंखला में, मैं सॉफ्टवेयर में मेमोरी प्रबंधन (इसके बाद सॉफ्टवेयर के रूप में संदर्भित) पर रहस्यवाद के पर्दा को दूर करना चाहूंगा और आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाओं द्वारा पेश की जाने वाली संभावनाओं पर विस्तार से विचार करूंगा। मुझे उम्मीद है कि मेरे लेख पाठक को इन भाषाओं के हुड के नीचे देखने और खुद के लिए कुछ नया सीखने में मदद करेंगे।

स्मृति प्रबंधन की अवधारणाओं का गहन अध्ययन आपको अधिक कुशल सॉफ्टवेयर लिखने की अनुमति देता है, क्योंकि कोडिंग की शैली और अभ्यास का कार्यक्रम की जरूरतों के लिए स्मृति आवंटित करने के सिद्धांतों पर बहुत प्रभाव पड़ता है।

भाग 1: स्मृति प्रबंधन का परिचय

मेमोरी प्रबंधन तंत्र का एक पूरा सेट है जो आपको कंप्यूटर की रैम तक प्रोग्राम एक्सेस को नियंत्रित करने की अनुमति देता है। यह विषय सॉफ्टवेयर विकास में बहुत महत्वपूर्ण है और एक ही समय में, कठिनाइयों का कारण बनता है या यहां तक कि कई प्रोग्रामर के लिए ब्लैक बॉक्स भी बना रहता है।

RAM किसके लिए उपयोग की जाती है?

जब कोई प्रोग्राम कंप्यूटर के ऑपरेटिंग सिस्टम पर चलता है, तो इसके लिए इसे यादृच्छिक अभिगम मेमोरी (RAM) तक पहुँच की आवश्यकता होती है:

निष्पादित करने के लिए अपना खुद का बायटेकोड अपलोड करें;
प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले चर और डेटा संरचनाओं के मूल्यों को संग्रहीत करें;
बाहरी मॉड्यूल्स को लोड करें जिन्हें प्रोग्राम को पूरा करने की आवश्यकता है।

अपने स्वयं के बाइटकोड को लोड करने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्थान के अलावा, प्रोग्राम काम करते समय रैम के दो क्षेत्रों का उपयोग करता है - स्टैक (ढेर) और ढेर (ढेर)।

ढेर

स्टैक का उपयोग मेमोरी के स्थिर आवंटन के लिए किया जाता है। यह "पिछले आओ - पहले आओ" ( LIFO ) के सिद्धांत पर आयोजित किया जाता है । आप पुस्तकों के ढेर के रूप में स्टैक की कल्पना कर सकते हैं - इसे केवल सबसे ऊपरी पुस्तक के साथ बातचीत करने की अनुमति है: इसे पढ़ें या उस पर एक नया डालें।

उल्लेख किए गए सिद्धांत के लिए धन्यवाद, स्टैक आपको डेटा के साथ जल्दी से संचालन करने की अनुमति देता है - सभी जोड़तोड़ "स्टैक में शीर्ष पुस्तक" के साथ किए जाते हैं। यदि आपको डेटा को पढ़ने की आवश्यकता है तो पुस्तक को डेटा में सहेजने के लिए, या शीर्ष से लिया गया है, तो पुस्तक को बहुत ऊपर जोड़ा जाता है;
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ढेर का उपयोग स्मृति को गतिशील रूप से आवंटित करने के लिए किया जाता है, हालांकि, स्टैक के विपरीत, ढेर में डेटा को पहले "सामग्री की तालिका" का उपयोग करके पाया जाना चाहिए। कोई कल्पना कर सकता है कि ढेर इतनी बड़ी बहु-स्तरीय लाइब्रेरी है, जिसमें कुछ निर्देशों का पालन करके, आप आवश्यक पुस्तक पा सकते हैं।

ढेर पर संचालन स्टैक की तुलना में कुछ धीमी गति से किया जाता है, क्योंकि उन्हें डेटा की खोज के लिए एक अतिरिक्त कदम की आवश्यकता होती है;
हीप डायनेमिक आकारों के डेटा को संग्रहीत करता है, उदाहरण के लिए, एक सूची जिसमें आप तत्वों की एक मनमानी संख्या जोड़ सकते हैं;
सभी आवेदन धागे के लिए आम ढेर;
इसकी गतिशील प्रकृति के कारण, ढेर प्रबंधन में गैर-तुच्छ है और इसके साथ स्मृति से जुड़ी सभी समस्याओं और त्रुटियों का बहुमत उत्पन्न होता है। प्रोग्रामिंग भाषाओं द्वारा इन समस्याओं को हल करने के तरीके प्रदान किए जाते हैं;
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हार्ड ड्राइव के विपरीत, रैम बहुत सीमित है (हालांकि हार्ड ड्राइव, निश्चित रूप से, असीमित नहीं हैं)। यदि कोई प्रोग्राम मेमोरी को बिना खाली किए खा लेता है, तो, अंततः, यह सभी उपलब्ध भंडार को अवशोषित करेगा और मेमोरी सीमा से परे जाने की कोशिश करेगा। फिर यह बस अपने आप गिर जाएगा, या, और भी नाटकीय, ऑपरेटिंग सिस्टम को नीचे लाएगा। इसलिए, सॉफ़्टवेयर विकास में मेमोरी जोड़तोड़ के साथ यह बहुत अवांछनीय है।

अलग अलग दृष्टिकोण

आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाएं जितना संभव हो उतना मेमोरी के साथ काम को आसान बनाने की कोशिश करती हैं और डेवलपर्स से सिरदर्द का हिस्सा हटा देती हैं। हालाँकि कुछ आदरणीय भाषाओं को अभी भी मैनुअल नियंत्रण की आवश्यकता होती है, फिर भी अधिकांश अधिक सुरुचिपूर्ण स्वचालित दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। कभी-कभी एक भाषा एक साथ मेमोरी को प्रबंधित करने के लिए कई तरीकों का उपयोग करती है, और कभी-कभी एक डेवलपर भी चुन सकता है कि कौन सा विकल्प विशेष रूप से उसके कार्यों के लिए अधिक प्रभावी होगा (एक अच्छा उदाहरण C ++ है )। आइए विभिन्न दृष्टिकोणों के एक संक्षिप्त अवलोकन पर चलते हैं।

मैनुअल मेमोरी प्रबंधन

भाषा स्वचालित मेमोरी प्रबंधन के लिए तंत्र प्रदान नहीं करती है। निर्मित वस्तुओं के लिए मेमोरी का आवंटन और मुक्तकरण पूरी तरह से डेवलपर के विवेक पर रहता है। ऐसी भाषा का एक उदाहरण - सी । यह विधि (के एक नंबर प्रदान करता है malloc , realloc , calloc और मुक्त डेवलपर अपने कार्यक्रम में और स्मृति को आबंटित करने के लिए उन्हें का उपयोग करना चाहिए - स्मृति के प्रबंधन के लिए)। इस दृष्टिकोण को बहुत सटीकता और देखभाल की आवश्यकता है। यह शुरुआती लोगों के लिए भी विशेष रूप से कठिन है।

कचरा इकट्ठा करने वाला

कचरा संग्रह ढेर पर स्वचालित स्मृति प्रबंधन की प्रक्रिया है, जिसमें स्मृति के अप्रयुक्त भागों को खोजने में शामिल है जो पहले कार्यक्रम की जरूरतों के लिए कब्जा कर लिया गया था। यह आधुनिक प्रोग्रामिंग भाषाओं में स्मृति प्रबंधन के लिए सबसे लोकप्रिय विकल्पों में से एक है। कचरा संग्रह की दिनचर्या आमतौर पर पूर्व निर्धारित समय अंतराल पर शुरू होती है और ऐसा होता है कि इसका प्रक्षेपण संसाधन-खपत प्रक्रियाओं के साथ मेल खाता है, जिसके परिणामस्वरूप आवेदन में देरी होती है। JVM ( जावा / Scala / ग्रूवी / Kotlin ), जावास्क्रिप्ट , अजगर , सी # , Golang , OCaml औररूबी लोकप्रिय भाषाओं के उदाहरण हैं जो कचरा कलेक्टर का उपयोग करते हैं।

मार्क एंड स्वीप कचरा संग्राहक : यह एक एल्गोरिथ्म है जो दो चरणों में संचालित होता है: सबसे पहले, यह उन वस्तुओं को स्मृति में चिह्नित करता है जिन्हें संदर्भित किया जाता है, और फिर उन वस्तुओं से मेमोरी को मुक्त करता है जिन्हें टैग नहीं किया गया है। इस दृष्टिकोण का उपयोग, उदाहरण के लिए, जेवीएम, सी #, रूबी, जावास्क्रिप्ट और गोलंग में किया जाता है। JVM में से चुनने के लिए कई अलग-अलग कचरा संग्रह एल्गोरिदम हैं, और V8 जैसे जावास्क्रिप्ट इंजन लिंक की गिनती के अलावा एक टैगिंग एल्गोरिथ्म का उपयोग करते हैं। इस तरह के कचरा संग्रहकर्ता को बाहरी पुस्तकालय के रूप में C और C ++ में जोड़ा जा सकता है।

टैगिंग एल्गोरिथ्म का विज़ुअलाइज़ेशन: लिंक द्वारा जुड़ी वस्तुओं को चिह्नित किया जाता है, और फिर अप्राप्य को हटा दिया जाता है
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(RAII)

RAII OOP में एक सॉफ्टवेयर मुहावरा है, जिसका अर्थ यह है कि किसी वस्तु के लिए आवंटित मेमोरी क्षेत्र उसके जीवनकाल के लिए कड़ाई से बंधा होता है। मेमोरी को कंस्ट्रक्टर में आवंटित किया जाता है और विध्वंसक में मुक्त किया जाता है। यह दृष्टिकोण पहली बार C ++ में लागू किया गया था , और इसका उपयोग Ada और Rust में भी किया जाता है ।

स्वचालित लिंक काउंटिंग (ARC)

यह दृष्टिकोण संदर्भ गणना के साथ कचरा संग्रह के समान है, हालांकि, निश्चित समय अंतराल पर मतगणना प्रक्रिया शुरू करने के बजाय, संकलन चरण में सीधे मेमोरी को आवंटित करने और मुक्त करने के निर्देश दिए गए हैं। जब संदर्भ काउंटर शून्य तक पहुंच जाता है, तो मेमोरी को सामान्य प्रोग्राम प्रवाह के भाग के रूप में मुक्त किया जाता है।

स्वचालित संदर्भ गणना अभी भी परिपत्र लिंक के प्रसंस्करण की अनुमति नहीं देती है और डेवलपर को ऐसी स्थितियों के अतिरिक्त प्रसंस्करण के लिए विशेष कीवर्ड का उपयोग करने की आवश्यकता होती है। एआरसी क्लैंग अनुवादक की विशेषताओं में से एक है , इसलिए यह उद्देश्य-सी और स्विफ्ट भाषाओं में मौजूद है । इसके अलावा, स्वचालित संदर्भ गिनती, जंग में उपयोग के लिए उपलब्ध है ।और स्मार्ट संकेत के साथ नए C ++ मानक ।

अधिकार

यह स्वामित्व की अवधारणा के साथ RAII का एक संयोजन है , जब स्मृति में प्रत्येक मूल्य में केवल एक मालिक चर होना चाहिए। जब मालिक निष्पादन क्षेत्र को छोड़ देता है, तो स्मृति तुरंत मुक्त हो जाती है। हम कह सकते हैं कि यह लगभग संकलन के स्तर पर लिंक की तरह है। इस दृष्टिकोण का उपयोग रस्ट में किया जाता है और उसी समय मुझे कोई अन्य भाषा नहीं मिली जो एक समान तंत्र का उपयोग करेगी।

इस लेख ने स्मृति प्रबंधन के क्षेत्र में बुनियादी अवधारणाओं की जांच की। प्रत्येक प्रोग्रामिंग भाषा विभिन्न कार्यों के लिए अनुकूलित इन दृष्टिकोणों और एल्गोरिदम के अपने स्वयं के कार्यान्वयन का उपयोग करती है। निम्नलिखित भागों में, हम लोकप्रिय भाषाओं में स्मृति प्रबंधन समाधानों पर करीब से नज़र डालेंगे।

श्रृंखला के अन्य भागों को भी पढ़ें:

> भाग 1: स्मृति प्रबंधन का परिचय
भाग 2: JVM (Java, Kotlin, Scala, Groovy) में मेमोरी प्रबंधन
भाग 3: V8 में मेमोरी प्रबंधन (JavaScript / WebAssembly)
भाग 4: स्मृति प्रबंधन गो में (प्रगति में)
भाग 5: स्मृति प्रबंधन जंग में (प्रगति में)
भाग 6: पायथन में स्मृति प्रबंधन (प्रगति में)
भाग 7: C ++ में मेमोरी प्रबंधन (प्रगति में)
भाग 8: C # में मेमोरी प्रबंधन (प्रगति में)

संदर्भ

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दृष्टांत: पाइथोंट्यूटोर
का उपयोग करके किया गया स्टैक विज़ुअलाइज़ेशन । स्वामित्व अवधारणा चित्रण: लिंक क्लार्क, क्रिएटिव कॉमन्स एट्रिब्यूशन शेयर-अलाइक लाइसेंस v3.0 के तहत जंग टीम । अनुवाद के प्रमाण के लिए, अलेक्जेंडर मैक्सीमोवस्की और कतेरीना शिबाकोवा का विशेष धन्यवाद

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