Speichermanagement

Speichermanagement bezeichnet den Prozess der Zuweisung, Verwaltung und Freigabe von Speicherressourcen in einem Computersystem. Ziel ist es, Speicherauslastung effizient zu nutzen, Prozesse zu isolieren und Leistung, Stabilität sowie Sicherheit zu gewährleisten. Es umfasst sowohl den physischen Hauptspeicher (RAM) als auch virtuelle Speichermechanismen.

Zu den zentralen Bausteinen gehören die Speicherverwaltungseinheit (MMU), Seiten- und Segmenttabellen sowie der Speichercontroller. Der virtuelle Adressraum wird in physische Speicherrahmen abgebildet. Übersetzungen erfolgen oft mithilfe eines Translation Lookaside Buffer (TLB), der Adressübersetzungen beschleunigt. Speicherschutz sorgt dafür, dass Prozesse nur auf ihren eigenen Adressraum zugreifen können.

Zu den grundlegenden Techniken zählen Paging, Segmentierung oder Hybridmodelle. Beim Paging wird der Adressraum in gleich große Seiten und Frames zerlegt; Segmentierung verwendet variabel große Segmente. Moderne Systeme kombinieren häufig beides. Speicher wird als Heap und Stack organisiert; dynamische Allokation und Freigabe ermöglichen flexible Nutzung, doch externe und interne Fragmentierung können auftreten. In verwalteten Sprachen kommt Garbage Collection zum Einsatz, um nicht mehr referenzierte Objekte automatisch freizugeben.

Virtuelle Speichertechniken ermöglichen mehr logischen Speicher als physikalisch vorhanden. Demand Paging und Swapping lassen oft nur bei Bedarf Seiten aus dem RAM auslagern. Beim Seitenersatz entscheiden Algorithmen wie LRU oder FIFO, welche Seiten ausgelagert werden. Wichtige Aufgaben des Speichermanagements sind Schutz, Isolation, Effizienzsteigerung und Fehlertoleranz. Zukünftige Entwicklungen betreffen Speicherhierarchien, nichtflüchtigen Speicher (NVM) und sicherheitsorientierte Speicherverwaltungsansätze.