Gestión de Memoria en SO: Aprende Técnicas y Aplicaciones

No importa qué tipo de dispositivo estés utilizando, el sistema operativo (SO) es el corazón de todo. Gestiona la memoria del dispositivo, los procesos y cualquier software instalado.

Tu SO coordina todas las piezas móviles dentro del dispositivo, desde la unidad central de procesamiento (CPU) hasta la memoria y el almacenamiento. Aunque la mayoría de los SO vienen con materiales preinstalados, optimizarlos utilizando funciones de gestión de memoria es esencial para asignar y liberar bloques de memoria en el dispositivo.

La gestión de memoria tiene como objetivo hacer que el SO sea más eficiente al asignar y liberar memoria antes y después de que se ejecuten los procesos. Durante este proceso, la unidad de gestión de memoria (MMU) traduce direcciones virtuales a direcciones físicas, permitiendo un acceso sin problemas a la memoria asignada a través de diferentes procesos.

Si una aplicación no tiene suficiente memoria, el sistema operativo cambiará a intercambiar datos entre la RAM y el espacio en disco. Esto puede ralentizar significativamente la velocidad de la computadora, haciendo que la gestión de memoria sea esencial para mantener un dispositivo funcionando bien.

Tipos de memoria del SO 

Las técnicas de gestión de memoria deben utilizarse en la memoria de la computadora dentro de la memoria primaria, que generalmente es temporal y representa una capacidad de almacenamiento menor.

Hay cuatro tipos principales de sistema operativo memoria que todos los dispositivos utilizan:

• Registro de CPU. Los registros de CPU de alta velocidad son temporales y se utilizan para instruir a otras partes del SO. Los archivos contenidos en este se leen y reescriben repetidamente a medida que se activan diferentes procesos.
• Memoria caché. Esta memoria es un nivel entre la CPU y la memoria principal. Es mucho más rápida que la memoria primaria y se utiliza para compensar las velocidades de procesamiento desiguales de la memoria principal y el registro de CPU. Las cachés también son temporales pero pueden almacenar información más tiempo que el registro de CPU para acelerar los tiempos de procesamiento interno.
• Memoria principal o primaria. La memoria primaria es un procesador externo que trabaja con programas y datos activos. Debido a su mayor capacidad, los tiempos de procesamiento son más lentos que los del registro de CPU y la memoria caché.
• Memoria secundaria. Este tipo de memoria tiene la mayor capacidad de almacenamiento de datos pero generalmente es una fuente externa como un disco duro, unidad flash USB o tarjeta de memoria. Debido a su tamaño de almacenamiento, estos tienen los tiempos de acceso más largos, por lo que la gestión de memoria generalmente se centra en optimizar el uso del espacio de direcciones virtuales.

Técnicas de gestión de memoria 

Para hacer un sistema operativo más eficiente, la gestión de memoria es esencial para transferir datos entre el espacio en disco físico y virtual. Problemas como la fragmentación externa, donde la memoria disponible se separa en segmentos más pequeños que se vuelven inutilizables, pueden degradar el rendimiento. Implementar estrategias específicas de gestión de memoria ayuda a evitar tales problemas.

Segmentación

Usando este método de gestión de memoria, los programas pueden dividirse en segmentos para asignar las partes más óptimas del SO. Estos segmentos se rastrean utilizando su dirección de memoria, permitiendo que el SO solo cargue las partes requeridas de cada programa en lugar de toda la aplicación. Aunque este es uno de los mejores métodos para ahorrar espacio, puede aumentar el tiempo de procesamiento en tiempo de ejecución.

Paginación 

La memoria física también puede dividirse en bloques pequeños y fijos llamados páginas. Los programas dentro de estos bloques tienen su propia tabla de páginas para mapear la dirección de la memoria física y virtual que ocupan. Este es uno de los medios más eficientes de almacenamiento de memoria.

Esta técnica reduce la fragmentación de memoria y permite la reasignación eficiente de memoria no utilizada al asegurar que el SO pueda asignar memoria en incrementos más pequeños en lugar de bloques más grandes que se ejecutan continuamente en el sistema. Se pueden agregar nuevas páginas según sea necesario para programas que requieren memoria adicional.

Memoria virtual 

La memoria virtual está diseñada para ejecutar programas más grandes de lo que la RAM física puede manejar. Durante el intercambio, la memoria de la aplicación puede transferirse temporalmente de la RAM al disco duro de memoria virtual para liberar espacio. Las unidades avanzadas de gestión de memoria (MMU) son críticas para gestionar eficazmente el espacio de direcciones virtuales, asegurando un mejor rendimiento del sistema.

Recolección de basura

Algunos lenguajes de programación modernos, como Java, dependen de la recolección de basura para liberar automáticamente la memoria que ya no se utiliza. Un recolector de basura identifica y elimina bloques de memoria no utilizados, reduciendo el riesgo de fugas de memoria y mejorando la eficiencia general.

Beneficios de la gestión de memoria en el SO 

Optimizar la memoria dentro de un sistema operativo tiene numerosas ventajas, tanto desde la perspectiva operativa de un dispositivo como para mejorar y enriquecer la experiencia de trabajo del usuario. 

• Mejorar la velocidad del dispositivo. Técnicas como la paginación y la recolección de basura permiten un mejor uso de la memoria disponible, mejorando el rendimiento general del sistema y los tiempos de ejecución.
• Optimizar la asignación de memoria. La segmentación permite una mejor asignación de la memoria asignada. Con la gestión de memoria, estas asignaciones pueden organizarse mejor para que el dispositivo funcione de la manera más eficiente posible.
• Prevenir fugas de memoria. Las fugas de memoria pueden ralentizar significativamente el SO a medida que las aplicaciones no liberan la memoria no utilizada. Los sistemas de gestión avanzados como malloc y las técnicas de desasignación ayudan a mitigar este problema.
• Mejorar la seguridad del sistema. Optimizar la memoria a través de la segmentación y la paginación reduce el acceso no autorizado a ubicaciones de memoria sensibles, mejorando la seguridad general del sistema.

Aplicaciones del mundo real de la gestión de memoria

Algunos de los casos de uso más comunes de la gestión de memoria incluyen:

1. Virtualización y computación en la nube

La gestión de memoria es esencial en entornos virtualizados, donde múltiples máquinas virtuales (VM) comparten recursos físicos. Tecnologías como Kubernetes dependen de la gestión de memoria para asignar recursos eficientemente a través de contenedores.

2. Aplicaciones intensivas en datos

El análisis de grandes datos y los modelos de entrenamiento de IA requieren grandes cantidades de memoria. La gestión eficiente de memoria optimiza la asignación de memoria en tiempo de ejecución para asegurar una ejecución fluida de las aplicaciones.

3. Juegos y sistemas de alto rendimiento

Las aplicaciones de juegos demandan asignación de memoria en tiempo real para un juego fluido. Las técnicas de gestión de memoria minimizan la latencia y optimizan el rendimiento en escenarios de recursos intensivos.

Mejores sistemas operativos para la gestión de memoria 

Los sistemas operativos son el cerebro de un sistema informático; sin ellos, el dispositivo es efectivamente inútil. Ya sea que estés trabajando en una PC, una laptop, una tableta o un teléfono inteligente, el SO es una parte esencial del sistema que permite que los programas y aplicaciones operen simultáneamente.

Para ser incluidos en la categoría de sistema operativo, las plataformas deben:

• Gestionar el software y el hardware externo de un dispositivo
• Permitir el uso simultáneo de aplicaciones
• Conectarse con la unidad central de procesamiento para la asignación de memoria y almacenamiento

* A continuación se presentan las cinco principales soluciones de software de sistemas operativos líderes del Informe Grid de G2 del otoño de 2024. Algunas reseñas pueden estar editadas para mayor claridad.

1. Windows 11

Windows 11 es un sistema operativo desarrollado por Microsoft y lanzado para uso público en octubre de 2021. Construido sobre las bases de Windows 10, proporciona controles táctiles mejorados, características de seguridad mejoradas, IA generativa y asistiva incorporada, y protecciones de chip a nube.

Lo que más les gusta a los usuarios: 

“La interfaz gráfica de Windows 11 es muy fácil de usar y clara en cuanto a la navegación. La gestión de memoria y el equilibrio de carga están bien gestionados y optimizados eficientemente para esta versión de Windows. La gestión de tareas de este SO es de tal manera que previene el bloqueo de aplicaciones, e incluso si lo hace, guarda hasta el último punto de control automáticamente, lo que ayuda en la prevención de pérdida de datos en mi trabajo.”

- Reseña de Windows 11, Shrajan Gupta G.

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Siendo desarrollador, tengo un gran problema con este nuevo sistema operativo ya que usualmente me tomaba de 5 a 6 horas entrenar mi modelo de ML en Windows 11. Se bloqueó muchas veces y tomó más tiempo entrenar un modelo de ML.”

- Reseña de Windows 11, Shivam M.

2. Apple iOS

Como el SO principal para dispositivos Apple, iOS es un sistema operativo móvil avanzado que tiene una interfaz fácil de usar y seguridad de datos incorporada para aplicaciones y programas. La primera iteración fue lanzada en 2007. Opera en un ecosistema cerrado, lo que significa que otras compañías solo pueden integrar sus programas a través de la tienda de aplicaciones oficial de Apple.

Lo que más les gusta a los usuarios: 

“iOS es conocido por su diseño limpio y elegante, lo que facilita la navegación para los usuarios. Además, iOS es conocido por su rendimiento fluido, y lo más importante, iOS es reconocido por sus robustas características de seguridad. Apple enfatiza la privacidad del usuario, implementa medidas de encriptación y proporciona actualizaciones de seguridad regulares para proteger los datos del usuario.”

- Reseña de Apple iOS, May Anntonette M.

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Un aspecto que algunos usuarios encuentran limitante sobre el iOS de Apple es su ecosistema cerrado. Aunque la integración estrecha entre los dispositivos Apple puede ser beneficiosa, también significa que los usuarios tienen menos flexibilidad y control en comparación con otros sistemas operativos.”

- Reseña de Apple iOS, Shruti S.

3. Chrome OS

Chrome OS es el sistema operativo basado en Linux de Google, que impulsa Chromebooks y otros dispositivos Chrome. El SO es conocido por ser rápido al arrancar, tiene actualizaciones automáticas y puede durar hasta 12 horas con una sola carga. También cuenta con medidas de seguridad integradas para proteger a los usuarios de ataques de ransomware y virus.

Lo que más les gusta a los usuarios: 

“Me gusta lo fácil que es buscar contenido o imágenes en Chrome, y me gusta cómo puedes grabar audio fácilmente para que Chrome busque. Google Chrome parece un SO mucho mejor y más relevante que Firefox o Edge, y uso Google Maps de Chrome todo el tiempo para navegar a nuevas áreas y ver qué está abierto cerca de mí.”

- Reseña de Chrome OS, Rebekah B.

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Algunas de las aplicaciones web de Google no funcionan en este SO. La integración en tiempo real es una tarea bastante lenta en Google OS. Tiene un almacenamiento muy limitado de 15 GB, que podría haber sido más para los usuarios.”

- Reseña de Chrome OS, Shantanu R.

4. Red Hat Enterprise Linux 

Como el principal SO comercial de código abierto, Red Hat Enterprise Linux ofrece suscripciones gratuitas a empresas comerciales o con fines de desarrollo. También hay versiones académicas y la opción principal del servidor de desarrolladores. Puedes implementar y ejecutar aplicaciones desde cualquier lugar mientras disfrutas de una base estable y flexible que admite el desarrollo en la nube híbrida.

Lo que más les gusta a los usuarios: 

“Como usuario de larga data de Red Hat Linux, he encontrado que las herramientas y sistemas de gestión que Red Hat proporciona son cruciales para mantener un despliegue estable y consistente. Red Hat también realiza mucho trabajo de desarrollo de código abierto que va "hacia arriba en la cadena" para beneficiar a todo el ecosistema de Linux.”

- Reseña de Red Hat Enterprise Linux, Andres G.

Lo que no les gusta a los usuarios:

“No es fácil de instalar solo con documentos. Manejar paquetes, permisos y errores es de alguna manera difícil de abordar. Identificar las dependencias de ciertos paquetes y encontrarlas podría ser más sencillo.”

- Reseña de Red Hat Enterprise Linux, Asif A.

5. macOS Sierra

macOS Sierra fue un sistema operativo lanzado para dispositivos de escritorio y portátiles de Apple en 2016. Aunque ya no proporciona actualizaciones de seguridad, muchos dispositivos Apple todavía operan en este sistema. Este SO ofrece almacenamiento optimizado y Asistente Inteligente Siri directamente desde el dock, la barra de menú o el atajo de teclado.

Lo que más les gusta a los usuarios: 

“macOS Sierra tiene Siri integrado. Podemos desbloquear el MacBook usando un reloj de Apple, lo que facilita su uso. La multitarea es posible gracias a su función de imagen en imagen.”

- Reseña de macOS Sierra, Jagadale S.

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Como cualquier actualización de software importante, macOS Sierra tuvo su parte de problemas de compatibilidad con cierto hardware y aplicaciones de software más antiguos. Los usuarios con Macs más antiguos o software especializado pueden haber encontrado desafíos.”

- Reseña de macOS Sierra, Ej C.

Haz que tu memoria dure

Ejecutar múltiples programas y aplicaciones a la vez es a menudo parte de tu día a día, así que acelera tus procesos y disfruta de un sistema operativo más eficiente con técnicas de gestión de memoria. Pronto te encontrarás con un dispositivo bien gestionado y optimizado para tus necesidades, haciendo que tu jornada laboral sea mucho más fácil.

Conecta tus dispositivos a las mejores soluciones de almacenamiento en la nube híbrida y libera memoria física y virtual en tus computadoras, teléfonos y tabletas.