Geheugenbeheer

Geheugenbeheer verwijst naar de verzameling mechanismen in een computer- of systeemomgeving die geheugen toewijzen aan processen, bijhouden wie wat gebruikt en geheugen teruggeven wanneer het niet meer nodig is. Dit omvat zowel hardware-ondersteuning zoals de geheugenbehandeling via de MMU als softwarecomponenten zoals het besturingssysteem en de programmeertaalruntime.

Belangrijke concepten zijn onder meer virtueel geheugen, adresruimte, stapel (stack) en vrije- en gereserveerde geheugengebieden (heap). Toewijzing kan dynamisch plaatsvinden uit de heap of statisch uit globale of lokale ruimtes. Problemen zoals fragmentatie, geheugenlekken en dubbele vrijgave komen vaak voor en kunnen de prestaties en stabiliteit beïnvloeden.

Veelgebruikte technieken zijn onder meer toewijzingsstrategieën als first-fit, best-fit, het buddy-systeem en slab-allocators. Garbage collection kan verschillende benaderingen kennen, zoals referentietelling, tracing-collectors en generatiegebaseerde GC. Sommige systemen gebruiken daarnaast region-based geheugenbeheer of handmatig beheer door programmeurs.

In programmeertalen onderscheiden we talen met automatisch geheugenbeheer (Java, C#, Go, JavaScript) die vertrouwen op garbage collectors, van talen met handmatig beheer (C, C++) waarbij expliciete vrijgave nodig is. Besturingssystemen beheren het geheugen van processen via virtueel geheugen en geheugenbescherming, vaak met paging en swapping om meer geheugen beschikbaar te stellen dan fysiek aanwezig is.

Uitdagingen en ontwerpkeuzes bij geheugenbeheer zijn onder meer prestaties, voorspelbaarheid en veiligheid. Real-time systemen vereisen vaak deterministisch geheugenbeheer, terwijl fragmentatie, cache-efficiëntie en locality of reference voortdurend aandacht vragen.

Trends komen voort uit de opkomst van memory-safe talen en runtimes. Talen als Rust gebruiken ownership en borrow-checking zonder garbage collector, terwijl moderne VMs vaak generatieve en geoptimaliseerde GC-technieken hanteren.