Speicherverwaltungsdienste

Speicherverwaltung bezeichnet den Prozess der Zuweisung, Überwachung und Freigabe von Arbeitsspeicher für laufende Programme. Sie sorgt dafür, dass Prozesse isoliert und effizient arbeiten, der verfügbare Speicher sinnvoll genutzt wird und der Zugriff geschützt bleibt.

Zu den Kernkonzepten gehören der Adressraum eines Prozesses, physischer Speicher und virtueller Speicher, der von der Speicherverwaltung abstrahiert wird. Eine Memory-Management-Einheit (MMU) und oft eine Übersetzungstabelle (TLB) ermöglichen die Zuordnung von virtuellen zu physischen Adressen sowie Schutzmechanismen vor Fehlzugriffen.

Techniken umfassen virtuellen Speicher mit Paging oder Segmentierung. Beim Paging werden Adressen in Seiten aufgeteilt, und Seitentabellen halten die Zuordnungen. Demand Paging lädt Seiten erst bei Bedarf, Copy-on-Write optimiert Kopien von Speicherseiten. In einigen Systemen kommt zusätzlich Segmentierung zum Einsatz; moderne Systeme kombinieren oft beide Ansätze. Zur Leistungsoptimierung gehören TLB-Caching, Swapping und Prefetching.

Speicherallokation erfolgt statisch oder dynamisch. Bei contiguen Zuweisungen entstehen externe Fragmentierung, bei dynamischen Zuweisungen oft interne Fragmentierung. Typische Zuteilungsalgorithmen sind First-Fit, Best-Fit und Worst-Fit. Im Kernelbereich verwenden Systeme häufig den Buddy-System-Allocator oder den Slab-Allocator. In-sprachumgebungen mit Garbage Collection übernimmt der Laufzeit-Manager Teile der Speicherbereinigung; diese Interaktion beeinflusst auch das Verhalten der Speicherverwaltung.

Moderne Betriebssysteme nutzen Virtual Memory, schützen Prozesse und ermöglichen Auslagerung auf Sekundärspeicher. Wichtige Aspekte sind Seitenfehler, Speicherzugriffsschutz, Adressraum-Isolation und Leistungsoptimierung durch lokale Caches sowie TLB-Hits. Speicherverwaltung bleibt zentral für Stabilität, Sicherheit und Performance von Computersystemen.