Speicherallokation

Speicherallokation bezeichnet den Prozess der Zuweisung von Speicherressourcen für Datenstrukturen und Objekte während der Programmausführung. Sie umfasst das Reservieren, Verwenden und Freigeben von Speicherblöcken durch Laufzeitumgebungen, Bibliotheken oder das Betriebssystem. Ziel ist eine effiziente Nutzung des verfügbaren Speichers bei gleichzeitigem Schutz der Programme vor gegenseitigen Beeinflussungen.

Es gibt statische und dynamische Allokation. Statische Allokation erfolgt zur Compile-Time oder für globale Variablen, während dynamische Allokation zur Laufzeit aus dem Heap erfolgt und typischerweise durch Allokationsroutinen gesteuert wird. Die Lebensdauer der allokierten Blöcke hängt von der gewählten Strategie ab, von kurzfristig nutzbaren Objekten bis hin zu dauerhaft gehaltenen Strukturen.

Zu den Allokationsstrategien gehören First-Fit, Best-Fit und Worst-Fit, Next-Fit, das Buddy-System sowie Slab- oder Speicherpools. Diese Strategien entscheiden, welcher freier Block für eine Anforderung verwendet wird, und beeinflussen Leistungsaufwand, Fragmentierung und Speicherverbrauch.

In Programmiersprachen werden unterschiedliche Mechanismen verwendet: C nutzt malloc/free, C++ genutzt new/delete, während in vielen Sprachen Garbage Collection Objekte automatisch freigibt. Betriebssysteme und Laufzeitumgebungen enthalten oft zusätzliche Mechanismen wie Speicherkonkatenation, Paging oder Defragmentierung.

Typische Probleme der Speicherallokation sind Fragmentierung, Speicherlecks, Double-Free oder Use-After-Free. Gegenmaßnahmen umfassen Speicherpools, RAII und Smart Pointers, kompaktierende Verfahren sowie statische Analysen oder Garbage Collection. Speicherallokation bleibt eine zentrale Aufgabe in System- und Anwendungsdesign, die Leistung, Stabilität und Sicherheit maßgeblich beeinflusst.

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