Утечка памяти

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Уте́чка па́мяти (англ. memory leak) — процесс неконтролируемого уменьшения объёма свободной оперативной или виртуальной памяти компьютера, связанный с ошибками в работающих программах, вовремя не освобождающих ненужные уже участки памяти, или с ошибками системных служб контроля памяти.

Что такое утечка памяти[править | править вики-текст]

Рассмотрим следующий фрагмент кода на C++:

/*1*/ char *pointer = NULL;
/*2*/ for( int i = 0; i < 10; i++ ) {
/*3*/   pointer = new char[100];
/*4*/ }
/*5*/ delete [] pointer;

В этом примере на 3-й строке создается объект в динамической памяти. Код на 3-й строке выполняется 10 раз, причём каждый следующий раз адрес нового объекта перезаписывает значение, хранящееся в указателе pointer. На 5-й строке выполняется удаление объекта, созданного на последней итерации цикла. Однако первые 9 объектов остаются в динамической памяти, и одновременно в программе не остаётся переменных, которые бы хранили адреса этих объектов. Т.е. в 5-й строке невозможно ни получить доступ к первым 9 объектам, ни удалить их.

Чем опасны утечки памяти[править | править вики-текст]

Динамическая память является ограниченным ресурсом. Управление динамической памятью программы обычно осуществляется библиотекой языка программирования, которая сама работает поверх динамической памяти, предоставляемой операционной системой.

Утечки памяти приводят к тому, что потребление памяти программой неконтролируемо возрастает, в результате рано или поздно вступают в действие архитектурные ограничения среды исполнения (операционной системы, виртуальной машины, ЭВМ), и тогда новое выделение памяти становится невозможным. В этой ситуации в программе, которая запрашивает память, обычно происходит аварийная остановка. Это может по стечению обстоятельств произойти и совсем с другой программой после того, как программа, подверженная утечкам, потребит всю память ЭВМ.

Способы предотвращения[править | править вики-текст]

Существуют различные способы предотвращения утечек памяти.

Отказ от динамической памяти[править | править вики-текст]

Например, FORTRAN-77 полностью отказывается от применения механизмов динамического распределения памяти, что исключает подобные ошибки, но существенно ограничивает функциональность программ.

Владеющие указатели[править | править вики-текст]

Владеющие указатели позволяют в той или иной мере согласовать время жизни указателя и время жизни объекта, на который он ссылается. Тем не менее, использование владеющих указателей не помогает в случае циклических ссылок между объектами. (подробнее см. паттерн «Получение ресурса есть инициализация»)

Сборка мусора[править | править вики-текст]

Некоторые языки программирования (например, Оберон, Java, языки платформы .NET) предоставляют средства, позволяющие автоматически освобождать неиспользуемую память («сборщик мусора», англ. garbage collector). Сборщики мусора решают также и проблему циклических ссылок, но сборка мусора является ресурсоёмкой операцией. За использование подобных средств приходится расплачиваться быстродействием системы, и, главное, сборка мусора вносит неожиданные паузы в программу, что недопустимо в системах реального времени.

Сборка мусора была изобретена Джоном Маккарти примерно в 1959 году при разработке языка программирования Лисп, структура которого делает крайне затруднительным ручное управление памятью.

Перезапуск программы[править | править вики-текст]

В тех случаях, когда устранить утечки памяти не представляется возможным, например, при использовании кода, поставляемого в виде программных модулей и изготовленного сторонними разработчиками, применяют своеобразный способ игнорирования утечек. Код, подверженный утечкам, размещают в отдельной программе, а эту программу с нужной периодичностью перезапускают. Запуски и перезапуски программы выполняются внешней программой, которая также подаёт исходные данные и забирает результаты. Поскольку при завершении программы вся память, затребованная ей у операционной системы, возвращается операционной системе, такой метод не позволяет утечкам приобрести катастрофический характер.

Утечка других ресурсов[править | править вики-текст]

Также существует ошибка, именуемая утечкой дескрипторов: захваченные дескрипторы не возвращаются операционной системе.

Для борьбы с последствиями таких ошибок разработчики операционных систем вводят в них функциональность, позволяющую ограничивать объём памяти, количество дескрипторов и количество процессорного времени, доступного одному пользователю или конкретному процессу.

Обнаружение утечек[править | править вики-текст]

Для профессиональных языков программирования существуют специальные программы-профилировщики, позволяющие обнаружить в числе прочего и утечки памяти.

Для некоторых языков программирования существуют статические анализаторы кода, выявляющие элементы программы, потенциально способные приводить к логическим ошибкам, в том числе и к утечке памяти. Примитивный вариант такого анализатора реализует практически любой компилятор языка высокого уровня, в виде выдачи так называемых предупреждений (warnings) — сообщений о наличии в программе конструкций, формально не нарушающих синтаксис языка, но потенциально ошибочных.

Существуют библиотеки для отладки использования памяти, помогающие следить за выделением и освобождением памяти во время работы программы.

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]