Organización de la memoria en tiempo de ejecución.
Cuando un programa se ejecuta sobre un sistema operativo existe un proceso previo llamado cargador que suministra al programa un bloque contiguo de memoria sobre elcual ha de ejecutarse. El programa resultante de la compilación debe organizarse deforma que haga uso de este bloque. Para ello el compilador incorpora al programa objeto el código necesario.
Las técnicas de gestión de la memoria durante la ejecución del programa difieren de unos lenguajes a otros, e incluso de unos compiladores a otros. La gestión de la memoria en otro tipo de lenguajes (funcionales, lógicos, ...) es en general diferente de la organización que aquí se plantea.
Para lenguajes imperativos, los compiladores generan programas que tendrán en tiempo de ejecución una organización de la memoria similar (a grandes rasgos) al del siguiente esquema
En este esquema se distinguen las secciones de:
- El Código
- La Memoria Estática.
- La Pila.
- El Montón.
El codigo
Es la zona donde se almacenan las instrucciones del programa ejecutable en código máquina, y también el código correspondiente a los procedimientos y funciones que utiliza. Su tamaño puede fijarse en tiempo de compilación.
Algunos compiladores fragmentan el código del programa objeto usando “overlays”. Estos “overlays” son secciones de código objeto que se almacenan en ficheros independientes y que se cargan en la memoria central (RAM) dinámicamente, es decir, durante la ejecución del programa. Los overlays de un programa se agrupan en zonas y módulos, cada uno de los cuales contiene un conjunto de funciones o procedimientos.
La memoria estatica
La forma más fácil de almacenar el contenido de una variable en memoria en tiempo de ejecución es en memoria estática o permanente a lo largo de toda la ejecución del programa. No todos los objetos (variables) pueden ser almacenados estáticamente. Para que un objeto pueda ser almacenado en memoria estática su tamaño ( número de bytes necesarios para su almacenamiento) ha de ser conocido en tiempo de compilación. Como consecuencia de esta condición no podrán almacenarse en memoria estática:
- Los objetos correspondientes a procedimientos o funciones recursivas, ya que en tiempo de compilación no se sabe el número de variables que serán necesarias.
- Las estructuras dinámicas de datos tales como listas, árboles, etc. ya que el número de
elementos que la forman no es conocido hasta que el programa se ejecuta.
La pila
La aparición de lenguajes con estructura de bloque trajo consigo la necesidad de técnicas de alojamiento en memoria más flexibles, que pudieran adaptarse a las demandas de memoria durante la ejecución del programa. En estos lenguajes, cada vez que comienza la ejecución de un procedimiento se crea un registro de activación para contener los objetos necesarios para su ejecución, eliminandolo una vez terminada ésta.
Dado que los bloques o procedimientos están organizados jerárquicamente, los distintos registros de activación asociados a cada bloque deberán colocarse en una pila en la que entrarán cuando comience la ejecución del bloque y saldrán al terminar el mismo. La estructura de los registros de activación varía de unos lenguajes a otros, e incluso de unos compiladores a otros. Este es uno de los problemas por los que a veces resulta difícil enlazar los códigos generados por dos compiladores diferentes.
El monton
Cuando el tamaño de un objeto a colocar en memoria puede variar en tiempo de ejecución, no es posible su ubicación en memoria estática, ni tan siquiera en la pila. Son ejemplos de este tipo de objetos las listas, los árboles, las cadenas de caracteres de longitud variable, etc. Para manejar este tipo de objetos el compilador debe disponer de un área de memoria de tamaño variable y que no se vea afectada por la activación o desactivación de procedimientos. Este trozo de memoria se llama montón (traducción literal del termino ingles heap que se utiliza habitualmente en la literatura técnica). En aquellos lenguajes de alto novel que requieran el uso del montón, el compilador debe incorporar al programa objeto el código correspondiente a la gestión del montón. Las operaciones básicas que se realizan sobre el montón son:
- Alojamiento: Se demanda un bloque contiguo para poder almacenar un objeto de un cierto tamaño.
- Desalojo: Se indica que ya no es necesario conservar un objeto, y que por lo tanto, la
memoria que ocupa debe quedar libre para ser reutilizada en caso necesario por otros
objetos.
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