Stejně jako je mozek klíčový pro lidský život, paměť je stejně důležitá pro počítače. Váš systém nemůže převzít úkoly, když nemá dostatek paměti RAM.
Nedostatek paměti RAM a některé další problémy s pamětí mohou nastat kvůli únikům paměti. Proto si ukážeme, jak můžete detekovat úniky paměti a opravit je.
Předtím se však pojďme více seznámit s úniky paměti a proč byste je měli opravit.
Table of Contents
Co jsou úniky paměti?
Představte si parkoviště přímo u nákupního centra, kde jsou zaparkovaná všechna auta bez ohledu na to, zda nakupující dokončili nákup. Postupem času nezbude žádný prostor pro parkování nových vozidel, což vede k blokování dopravy a snižuje celkovou efektivitu obchodního centra.
Zdroj obrázku: prateeknima.medium.com
To samé platí i pro počítače!
Počítačové aplikace, podobně jako auta na parkovišti, mohou zapomenout uvolnit použitou paměť, když ji již nepotřebujete. To zatěžuje vaši paměť a neponechává žádný prostor pro hladké provádění nových úloh, což má za následek běžnou chybu paměti nazývanou únik paměti.
Příklad kódu pro předvedení úniku paměti:
void memory_allocation() {
int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
}
Úryvek kódu C výše alokuje část paměti pro celočíselnou proměnnou a přiřadí její umístění v paměti ukazateli ‚ptr‘. Není však napsán žádný kód, který by uvolnil paměť, což vede k únikům paměti.
def infinite_rec():
return infinite_rec()
Ve výše uvedeném kódu Pythonu neexistuje žádný základní případ pro ukončení funkce. Výše uvedený kód tedy vede k přetečení zásobníku a únikům paměti.
Běžné příčiny úniků paměti
Nedbalost programátora
Prvním důvodem úniku paměti je nedbalost programátora.
Programátoři často přidělují data do paměti, ale někdy je zapomenou uvolnit, když už nejsou potřeba. V určitém okamžiku to udržuje celou paměť zaneprázdněnou a neposkytuje žádný prostor pro nadcházející úkoly, což vede k tomu, čemu říkáme „chyba úniku paměti“.
Programátorské jazyky
Používání programovacích jazyků bez vestavěného systému správy paměti může způsobit úniky paměti.
Programovací jazyky jako Java mají vestavěné garbage collectory, které se automaticky starají o správu paměti.
Ale například C++ nemá vestavěný garbage collector. Vy, programátor, byste zde měli ručně manipulovat s pamětí, což vede k únikům paměti, kdykoli zapomenete paměť vyčistit ručně.
Velké využití mezipaměti
Často používané úlohy, data nebo aplikace jsou ukládány do mezipaměti pro rychlejší přístup.
To může vést k chybě úniku paměti, pokud jsou položky uloženy v mezipaměti, ale nejsou vymazány, ačkoli jsou zastaralé nebo již neodpovídají vašim aktuálním vzorcům používání.
Použití globálních proměnných
Globální proměnné uchovávají alokovaná data po celou dobu životnosti aplikace. Použití více globálních proměnných tedy spotřebovává velké množství paměti po delší dobu a způsobuje úniky paměti.
Neefektivní datové struktury
Vývojáři často vytvářejí své vlastní datové struktury, aby dosáhli vlastních funkcí. Chyby úniku paměti se však objeví, když tyto datové struktury nemohou uvolnit použitou paměť.
Neuzavřená připojení
Neuzavírání souborů, databází, síťových připojení atd. po použití může také vést k chybám úniku paměti.
Důsledky úniků paměti
Nízký výkon – Uvidíte postupný pokles výkonu vaší aplikace nebo systému, jak se hromadí úniky paměti. Důvodem je, že nebude k dispozici žádná paměť pro dokončení úkolů, což zpomalí vaši aplikaci.
Zhroucené aplikace – Aplikacím dochází paměť s narůstajícím únikem paměti. V určitém okamžiku, kdy není k dispozici žádná paměť, se program zhroutí, což má za následek ztrátu dat a selhání aplikace.
Chyby zabezpečení – Nesprávné vymazání citlivých dat, jako jsou hesla, osobní údaje nebo důvěrné informace z paměti po použití, vystavuje tato data útočníkům během úniku paměti.
Vyčerpání zdrojů – Aplikace zabírají více místa z paměti RAM, když jim dojde paměť kvůli úniku paměti. To zvyšuje spotřebu zdrojů a snižuje celkový výkon systému.
Jak zjistit úniky paměti?
Manuální kontrola kódu
Prozkoumejte svůj zdrojový kód a najděte instance, kde je paměť alokována, ale není po použití vyčištěna. Hledejte v kódu proměnné a objekty, které využívají paměť, ale neuvolňují ji, když již není potřeba.
Sledujte také hlavní zdroje ukládání dat, tj. zajistěte, aby datové struktury dobře spravovaly přidělenou paměť.
Statická analýza kódu
Různé dobře navržené nástroje pro statickou analýzu analyzují zdrojový kód kompilátoru a detekují případy úniku paměti.
Někdy sledují běžné vzory, pravidla a chyby ve vašem kódu, aby předem odhadli úniky paměti, ještě dříve, než k nim dojde.
Dynamické analytické nástroje
Tyto nástroje využívají dynamický přístup k analýze kódu během provádění a detekci úniků paměti.
Nástroje pro dynamickou analýzu zkoumají chování objektů, funkcí a využití paměti za běhu. To je důvod, proč jsou tyto nástroje vysoce přesné při zjišťování úniků paměti.
Nástroje pro profilování
Nástroje pro profilování vám poskytují přehled o tom, jak aplikace využívá paměť.
Vy, jako vývojář, můžete tyto informace použít k analýze využití paměti programem a optimalizaci technik správy paměti, abyste zabránili pádům aplikací a problémům s degradací paměti.
Knihovny detekce úniku paměti
Některé programovací jazyky nabízejí vestavěné knihovny nebo knihovny třetích stran pro detekci úniků paměti ve vašem programu.
Například Java má garbage collector, který se zabývá pamětí, a C++ nabízí CrtDbg pro správu paměti.
Také specializované knihovny jako LeakCanary, Valgrind, YourKit atd. řeší úniky paměti v různých typech aplikací.
Jak opravit únik paměti?
Identifikujte úniky paměti
Chcete-li opravit úniky paměti, musíte je nejprve identifikovat.
Můžete buď provést ruční kontrolu, nebo použít nějaký automatizovaný nástroj ke zjištění, zda aplikace neuniká paměť. Můžete zkusit jiné metody detekce netěsnosti paměti uvedené výše, abyste odhalili netěsnosti.
Identifikujte předměty způsobující únik
Jakmile ve výše uvedeném kroku potvrdíte, že aplikace uniká paměť, měli byste hledat objekty a datové struktury způsobující únik. Pochopte, jak se jim přiděluje paměť a kam mají paměť uvolnit.
Vytvářejte testovací případy
Nyní jste zúžili přesné místo úniku paměti. Vytvořte tedy testovací případ, abyste se ujistili, že jste správně identifikovali zdroj úniku paměti, a abyste potvrdili, že únik zmizí, jakmile tyto konkrétní objekty opravíte.
Opravte kód
Přidejte kód uvolnění paměti, abyste uvolnili zablokovanou paměť identifikovanými vadnými objekty. Pokud kód již existuje, aktualizujte kód, abyste zajistili správné uvolnění použité paměti.
Test znovu
Opět použijte nástroje pro detekci úniků nebo automatizované testy ke kontrole, zda aplikace funguje tak, jak má, a zda nedochází k zablokování paměti.
Otestujte také výkon a funkce své aplikace, abyste zajistili, že aktualizace kódu neovlivní další faktory aplikace.
Nejlepší postupy, jak zabránit únikům paměti
Staňte se zodpovědným programátorem
Při psaní samotného kódu byste si měli být vědomi uvolnění použité paměti nebo uvolnění ukazatelů paměti. Tím se minimalizují problémy s únikem paměti.
Pamatujete si níže uvedený kód? Jak bylo zmíněno na začátku článku, neexistuje žádný fragment kódu pro dealokaci paměti, takže to vede k úniku paměti.
void memory_allocation() {
int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
}
Zde je návod, jak můžete jako programátor uvolnit paměť.
delete ptr;
Používejte vybavené programovací jazyky
Programovací jazyky jako Java nebo Python využívají vestavěné knihovny pro správu paměti, jako jsou garbage collectors, aby automaticky řešily úniky paměti.
I když přehlédnete několik případů, tyto vestavěné nástroje je zvládají a zabraňují potenciálním únikům paměti.
Proto vám doporučuji používat takové programovací jazyky, kde je správa paměti vestavěna.
Kruhové odkazy
Vyhněte se cyklickým odkazům ve vašem programu.
Kruhové odkazy sledují uzavřenou smyčku objektů, které na sebe odkazují. Například objekt a odkazuje na b, objekt b odkazuje na c a objekt c opět odkazuje na a bez konce smyčky. Kruhové odkazy tedy vedou k nekonečné smyčce, která způsobuje úniky paměti.
Minimalizujte používání globálních proměnných
Pokud se obáváte o efektivitu své paměti, měli byste se vyhnout používání globálních proměnných. Globální proměnné využívají vaši paměť po celou dobu běhu aplikace, což je špatný postup při správě paměti.
Přepněte tedy na lokální proměnné. Ty jsou paměťově efektivní, protože uvolňují paměť po provedení volání funkce.
Globální proměnné vypadají následovně, ale používají je pouze v případě potřeby.
int x = 5 // Global variable
void func(){
print(x)
}
Ale použijte místní proměnné následovně:
void func(){
int x = 5 // Local variable
print(x)
}
Omezte vyrovnávací paměť
Nastavte limit paměti, kterou může mezipaměť používat. Někdy se všechny úkoly, které v systému děláte, přesunou do mezipaměti a toto nahromaděné úložiště mezipaměti vede k únikům paměti.
Omezení mezipaměti tedy může zabránit úniku paměti.
Dobře otestujte
Zahrňte do testovací fáze testy netěsnosti paměti.
Vytvořte automatizované testy a pokryjte všechny okrajové případy, abyste odhalili úniky paměti před uvolněním kódu do výroby.
Vybavte nástroje pro monitorování
Ke sledování využití paměti použijte nástroje automatického profilování. Pravidelné sledování využití paměti vám pomůže identifikovat potenciální úniky a včas je opravit.
Visual Studio profiler, NET Memory profiler a JProfiler jsou v tomto kontextu několik dobrých nástrojů.
Závěr
K dosažení špičkového výkonu aplikace je nezbytná efektivní správa paměti a úniky paměti nelze v tomto kontextu ignorovat. Pro efektivní správu paměti byste měli řešit úniky paměti a zabránit jejich budoucímu výskytu. Tento článek je o tom, jak to můžete udělat.
Ukázali jsme vám různé metody k detekci úniků paměti, osvědčené kroky k jejich nápravě a postupy, které můžete dodržovat, abyste se budoucím únikům paměti vyhnuli.
Dále můžete také prozkoumat, jak opravit chybu „nedostatek paměti“ ve Windows do 5 minut.