Gerenciamento de Memória em SO: Aprenda Técnicas e Aplicações

Não importa em que tipo de dispositivo você está trabalhando, o sistema operacional (SO) é o coração de tudo. Ele gerencia a memória do dispositivo, os processos e qualquer software instalado.

Seu SO coordena todas as peças móveis dentro do dispositivo, desde a unidade central de processamento (CPU) até a memória e o armazenamento. Embora a maioria dos SOs venha com materiais pré-instalados, otimizá-los usando funções de gerenciamento de memória é essencial para alocar e liberar blocos de memória no dispositivo.

O objetivo do gerenciamento de memória é tornar o SO mais eficiente, alocando e liberando memória antes e depois da execução dos processos. Durante esse processo, a unidade de gerenciamento de memória (MMU) traduz endereços virtuais em endereços físicos, permitindo acesso contínuo à memória alocada em diferentes processos.

Se um aplicativo não tiver memória suficiente, o sistema operacional passará a trocar dados entre a RAM e o espaço em disco. Isso pode desacelerar significativamente a velocidade do computador, tornando o gerenciamento de memória essencial para manter um dispositivo funcionando bem.

Tipos de memória do SO

Técnicas de gerenciamento de memória devem ser usadas na memória do computador dentro da memória primária, que geralmente é temporária e representa uma capacidade de armazenamento menor.

Existem quatro tipos principais de memória do sistema operacional que todos os dispositivos usam:

• Registro da CPU. Registros de CPU de alta velocidade são temporários e usados para instruir outras partes do SO. Os arquivos contidos aqui são lidos e reescritos repetidamente à medida que diferentes processos são acionados.
• Memória cache. Esta memória é um nível entre a CPU e a memória principal. É muito mais rápida que a memória primária e é usada para compensar as velocidades de processamento desiguais da memória principal e do registro da CPU. Os caches também são temporários, mas podem armazenar informações por mais tempo que o registro da CPU para acelerar os tempos de processamento interno.
• Memória principal ou primária. A memória primária é um processador externo que trabalha com programas e dados ativos. Devido à sua maior capacidade, os tempos de processamento são mais lentos do que os do registro da CPU e da memória cache.
• Memória secundária. Este tipo de memória tem a maior capacidade de armazenamento de dados, mas geralmente é uma fonte externa, como um disco rígido, pen drive ou cartão de memória. Devido ao seu tamanho de armazenamento, esses têm os tempos de acesso mais longos, então o gerenciamento de memória geralmente se concentra em otimizar o uso do espaço de endereço virtual.

Técnicas de gerenciamento de memória

Para tornar um sistema operacional mais eficiente, o gerenciamento de memória é essencial para transferir dados entre o espaço em disco físico e virtual. Problemas como fragmentação externa, onde a memória disponível é separada em segmentos menores que se tornam inutilizáveis, podem degradar o desempenho. Implementar estratégias específicas de gerenciamento de memória ajuda a evitar esses problemas.

Segmentação

Usando este método de gerenciamento de memória, os programas podem ser divididos em segmentos para alocar as partes mais otimizadas do SO. Esses segmentos são rastreados usando seu endereço de memória, permitindo que o SO carregue apenas as partes necessárias de cada programa, em vez de todo o aplicativo. Embora este seja um dos melhores métodos de economia de espaço, pode aumentar o tempo de processamento em tempo de execução.

Paginação

A memória física também pode ser dividida em pequenos blocos fixos chamados páginas. Os programas dentro desses blocos têm sua própria tabela de páginas para mapear o endereço da memória física e virtual que ocupam. Este é um dos meios mais eficientes de armazenamento de memória.

Esta técnica reduz a fragmentação de memória e permite a realocação eficiente de memória não utilizada, garantindo que o SO possa alocar memória em incrementos menores, em vez de blocos maiores que rodam continuamente no sistema. Novas páginas podem ser adicionadas conforme necessário para programas que requerem memória adicional.

Memória virtual

Memória virtual é construída para executar programas maiores do que a RAM física pode suportar. Durante a troca, a memória do aplicativo pode ser temporariamente transferida da RAM para o disco rígido de memória virtual para liberar espaço. Unidades avançadas de gerenciamento de memória (MMUs) são críticas na gestão eficaz do espaço de endereço virtual, garantindo um melhor desempenho do sistema.

Coleta de lixo

Algumas linguagens de programação modernas, como Java, dependem da coleta de lixo para liberar automaticamente a memória que não está mais em uso. Um coletor de lixo identifica e elimina blocos de memória não utilizados, reduzindo o risco de vazamentos de memória e melhorando a eficiência geral.

Benefícios do gerenciamento de memória no SO

Otimizar a memória dentro de um sistema operacional tem inúmeras vantagens, tanto do ponto de vista operacional do dispositivo quanto para melhorar e aprimorar a experiência de trabalho do usuário.

• Melhorar a velocidade do dispositivo. Técnicas como paginação e coleta de lixo permitem um melhor uso da memória disponível, melhorando o desempenho geral do sistema e os tempos de execução.
• Otimizar a alocação de memória. A segmentação permite uma melhor alocação da memória alocada. Com o gerenciamento de memória, essas alocações podem ser melhor organizadas para que o dispositivo funcione da maneira mais eficiente possível.
• Prevenir vazamento de memória. Vazamentos de memória podem desacelerar significativamente o SO, pois os aplicativos não conseguem liberar a memória não utilizada. Sistemas de gerenciamento avançados, como técnicas de malloc e desalocação, ajudam a mitigar esse problema.
• Melhorar a segurança do sistema. Otimizar a memória por meio de segmentação e paginação reduz o acesso não autorizado a locais de memória sensíveis, melhorando a segurança geral do sistema.

Aplicações reais do gerenciamento de memória

Alguns dos casos de uso mais comuns do gerenciamento de memória incluem:

1. Virtualização e computação em nuvem

O gerenciamento de memória é essencial em ambientes virtualizados, onde várias máquinas virtuais (VMs) compartilham recursos físicos. Tecnologias como Kubernetes dependem do gerenciamento de memória para alocar recursos de forma eficiente entre contêineres.

2. Aplicações intensivas em dados

Análise de big data e modelos de treinamento de IA requerem grandes quantidades de memória. O gerenciamento eficiente de memória otimiza a alocação de memória em tempo de execução para garantir uma execução suave dos aplicativos.

3. Jogos e sistemas de alto desempenho

Aplicações de jogos exigem alocação de memória em tempo real para um jogo suave. Técnicas de gerenciamento de memória minimizam a latência e otimizam o desempenho em cenários de uso intensivo de recursos.

Melhores sistemas operacionais para gerenciamento de memória

Sistemas operacionais são o cérebro de um sistema de computador — sem eles, o dispositivo é efetivamente inútil. Esteja você trabalhando em um PC, laptop, tablet ou smartphone, o SO é uma parte essencial do sistema que permite que programas e aplicativos operem simultaneamente.

Para ser incluído na categoria de sistema operacional, as plataformas devem:

• Gerenciar o software e o hardware externo de um dispositivo
• Permitir o uso simultâneo de aplicativos
• Conectar-se à unidade central de processamento para alocação de memória e armazenamento

* Abaixo estão as cinco principais soluções de software de sistema operacional do Relatório Grid de Outono de 2024 da G2. Algumas avaliações podem ser editadas para maior clareza.

1. Windows 11

Windows 11 é um sistema operacional desenvolvido pela Microsoft e lançado para uso público em outubro de 2021. Construído sobre as bases do Windows 10, ele oferece controles de toque aprimorados, recursos de segurança avançados, IA generativa e assistiva integrada e proteções de chip para nuvem.

O que os usuários mais gostam:

“A interface gráfica do Windows 11 é muito amigável e clara em relação à navegação. O gerenciamento de memória e o balanceamento de carga são devidamente gerenciados e otimizados de forma eficiente para esta versão do Windows. O gerenciamento de tarefas deste SO é de tal forma que evita o travamento de aplicativos, e mesmo que isso aconteça, ele salva até o último ponto de verificação automaticamente, o que ajuda na prevenção de perda de dados no meu trabalho.”

- Revisão do Windows 11, Shrajan Gupta G.

O que os usuários não gostam:

“Por ser um desenvolvedor, tenho um grande problema com este novo sistema operacional, pois geralmente levo de 5 a 6 horas para treinar meu modelo de ML no Windows 11. Ele travou muitas vezes e levou mais tempo para treinar um modelo de ML.”

- Revisão do Windows 11, Shivam M.

2. Apple iOS

Como o principal SO para dispositivos Apple, iOS é um sistema operacional móvel avançado que possui uma interface fácil de usar e segurança de dados integrada para aplicativos e programas. A primeira versão foi lançada em 2007. Ele opera em um ecossistema fechado, o que significa que outras empresas só podem integrar seus programas através da loja de aplicativos oficial da Apple.

O que os usuários mais gostam:

“O iOS é conhecido por seu layout limpo e elegante, o que facilita a navegação dos usuários. Além disso, o iOS é conhecido por seu desempenho suave e, mais importante, é reconhecido por seus robustos recursos de segurança. A Apple enfatiza a privacidade do usuário, implementa medidas de criptografia e fornece atualizações de segurança regulares para proteger os dados do usuário.”

- Revisão do Apple iOS, May Anntonette M.

O que os usuários não gostam:

“Um aspecto que alguns usuários acham limitante no iOS da Apple é seu ecossistema fechado. Embora a integração estreita entre os dispositivos Apple possa ser benéfica, isso também significa que os usuários têm menos flexibilidade e controle em comparação com outros sistemas operacionais.”

- Revisão do Apple iOS, Shruti S.

3. Chrome OS

Chrome OS é o sistema operacional baseado em Linux do Google, que alimenta Chromebooks e outros dispositivos Chrome. O SO é conhecido por ser rápido para inicializar, possui atualizações automáticas e pode durar até 12 horas com uma única carga. Ele também possui medidas de segurança integradas para proteger os usuários contra ataques de ransomware e vírus.

O que os usuários mais gostam:

“Gosto de como é fácil pesquisar conteúdo ou imagens no Chrome, e gosto de como você pode gravar áudio facilmente para o Chrome pesquisar. O Google Chrome parece um SO muito melhor e mais relevante do que o Firefox ou o Edge, e eu uso o Google Maps do Chrome o tempo todo para navegar em novas áreas e ver o que está aberto perto de mim.”

- Revisão do Chrome OS, Rebekah B.

O que os usuários não gostam:

“Alguns dos aplicativos web do Google falham ao rodar neste SO. A integração em tempo real é uma tarefa bastante demorada no Google OS. Ele tem um armazenamento muito limitado de 15 GB, que poderia ser maior para os usuários.”

- Revisão do Chrome OS, Shantanu R.

4. Red Hat Enterprise Linux

Como o principal SO comercial de código aberto, o Red Hat Enterprise Linux oferece assinaturas gratuitas para empresas comerciais ou para fins de desenvolvimento. Existem também versões acadêmicas e a principal opção de servidor de desenvolvedor. Você pode implantar e executar aplicativos de qualquer lugar enquanto desfruta de uma base estável e flexível que suporta o desenvolvimento em nuvem híbrida.

O que os usuários mais gostam:

“Como usuário de longa data do Red Hat Linux, encontrei as ferramentas e sistemas de gerenciamento que o Red Hat fornece cruciais para manter uma implantação estável e consistente. O Red Hat também faz muito trabalho de desenvolvimento de código aberto que vai "para cima da cadeia" para beneficiar todo o ecossistema Linux.”

- Revisão do Red Hat Enterprise Linux, Andres G.

O que os usuários não gostam:

“Não é fácil de instalar apenas com documentos. Lidar com pacotes, permissões e erros é de alguma forma difícil de resolver. Identificar as dependências de certos pacotes e encontrá-las poderia ser mais simples.”

- Revisão do Red Hat Enterprise Linux, Asif A.

5. macOS Sierra

macOS Sierra foi um sistema operacional lançado para dispositivos de desktop e laptop da Apple em 2016. Embora não forneça mais atualizações de segurança, muitos dispositivos Apple ainda operam neste sistema. Este SO oferece armazenamento otimizado e Assistente Inteligente Siri diretamente do dock, barra de menu ou atalho de teclado.

O que os usuários mais gostam:

“O macOS Sierra tem o Siri integrado. Podemos desbloquear o MacBook usando um Apple Watch, o que facilita o uso. Multitarefa é possível devido ao seu recurso de imagem em imagem.”

- Revisão do macOS Sierra, Jagadale S.

O que os usuários não gostam:

“Como qualquer grande atualização de software, o macOS Sierra teve sua parcela de problemas de compatibilidade com certos hardwares e aplicativos de software mais antigos. Usuários com Macs mais antigos ou software especializado podem ter encontrado desafios.”

- Revisão do macOS Sierra, Ej C.

Faça sua memória durar

Executar vários programas e aplicativos ao mesmo tempo é frequentemente parte do seu dia a dia, então acelere seus processos e aproveite um sistema operacional mais eficiente com técnicas de gerenciamento de memória. Você logo se encontrará com um dispositivo bem gerido, otimizado exclusivamente para suas necessidades, tornando seu dia de trabalho muito mais fácil.

Conecte seus dispositivos às melhores soluções de armazenamento em nuvem híbrida e libere memória física e virtual em seus computadores, telefones e tablets.