管理內存的方法和設備的製作方法

2023-04-23 04:57:46

專利名稱：管理內存的方法和設備的製作方法
技術領域：
根據本發明的設備和方法涉及管理內存，更具體地講，涉及通過有效地 執行無用單元收集(garbage collection)來管理內存。
背景技術：
在動態地管理內存的系統中，每當預定程序運行時，應該分配和收集內 存。為程序中所使用的對象分配內存以進行存儲和訪問，而已經結束使用的 對象被去除以確保內存。因此，在傳統的C語言中，程式設計師使用諸如"malloc，， 或"free"的指令來分配內存和收集內存。
然而，與傳統的C語言不同，在Java中，不需要程式設計師來分配和收集內 存。通過Java虛擬機中包括的無用單元收集器(garbage collector)來執行內 存管理。 一旦預定程序運行，Java虛擬機就首先分配運行所述預定程序所需 的存儲區。這被稱為堆(heap)。運行該程序所需的對象被存儲在堆中以被訪 問。無用單元收集器刪除存儲在堆中的對象中的沒有^^f吏用的對象並進行緊 湊處理，以便有效地管理內存。
無用單元收集器確定對象是否被引用以確定該對象是否被使用，並且僅 從內存中去除沒有被使用的對象。因此，當僅使用無用單元收集器來管理內 存時，使用的對象不被去除，從而不會發生引用內存中不存在的對象的虛引 用(dangling reference )。
然而，與Java實日於頭見範(real-time specification for Java)相似，在一些 程式語言中，可由程式設計師單獨指定將使用的存儲區，因此可能發生問題。
圖l是解釋根據Java實時規範管理內存的現有技術的方法的框圖。參照 圖1,使用Java實時規範中的兩種方法來管理內存。
一個程序可由多個線程組成。例如，在聊天程序的情況下，分別存在將
用戶輸入的文本發送給另 一用戶的線程以及接收由另 一用戶輸入的文本的線程。
一個程序中存在的多個線程可根據它們的特性被劃分為實時線程15和 普通線程16。實時線程15必須在固定的時間優先於普通線程16而運行。因 此，搶佔實時調度器11調整線程的優先級以將實時線程15調度為優先於普 通線程16運4亍。
當運行普通線程16時，運行該線程所需的對象被存儲在堆13中，並且 訪問所述對象以運行線程。這裡，無用單元收集器12管理內存並確定存儲在 堆13中的對象是否被使用。然後，在確定對象沒有被使用之後，從內存中去 除確定沒有被使用的對象，並使剩餘對象緊湊。
當運行實時線程15時，獨立於堆13設置多個存儲區14,運行所述線程 所需的對象被存儲在存儲區14中以被訪問。存儲區14的每一個都可被一個 或多個實時線程15引用。當引用的線程全部結束時，存儲區14連同其包括 的對象一起被去除。
如圖1中所示，當內存管理被二元化為堆13和存儲區14時，可能產生 下面的問題。
將堆13當作對象而對堆13執行的無用單元收集花費很長時間。已開發 了進行無用單元收集的各種算法。然而，它們需要花費很長時間(例如，最 多長達幾秒鐘)。
因此，不管運行實時線程15的調度如何，如果首先進行無用單元收集， 則實時線程15的運行被延遲，延遲的時間不能被估計。搶佔實時調度器11 僅調整實時線程15和普通線程16之間的優先級，因此不能防止這樣的問題。
當已經進行無用單元收集，而需要運行實時線程15時，也會發生問題。 如果實時線程15的運行應該等待，直到無用單元收集結束，則實時線程15 不能正常運行，在固定的時間運行實時線程15應該是最重要的任務。
此外，每個存儲區14具有不同的壽命。因此，包括在具有長壽命的存儲 區中的對象引用包括在具有相對短的壽命的存儲區中的對象。當具有短壽命 的存儲區被去除時，可能發生虛引用。
這將參照圖2更全面地進行描述。
圖2示出由實時線程15引用存儲區14的現有技術的方法。
參照圖2 ，線程A引用依次從存儲區1至存儲區3的多個存儲區。在Java
實時規範中，從存儲區棧中首先刪除最後引用的存儲區(後入先出)。在圖2
中，存儲區3在存儲區2或存儲區1被刪除之前被刪除。因此，如果這些存 儲區的每一個沒有被除了線程A之外的線程引用，則存儲區3的壽命比存儲 區1的壽命短。
如果存儲區3被刪除，而包括在存儲區1中的對象仍引用包括在存儲區 3中的對象，則包括在存儲區1中的對象引用了不存在的內存中的對象。
此外，當包括在堆13中的對象引用了包括在存儲區中的對象時，該存儲 區可能被刪除，因此可能發生虛引用。Java虛擬機僅確定是否存在引用存儲 區的線程。當引用存儲區的線程不存在時，該存儲區被刪除。因此，當包括 在堆13中的對象引用包括在存儲區中的對象時，即使該對象仍被使用，該存 儲區也可能被刪除。在這種情況下，包括在堆13中的對象引用了內存中的不 存在的對象，因此發生虛引用。
因此，需要一種確保實時線程15實時運行並防止產生虛引用的非法引用 的管理內存的方法。

發明內容
本發明提供一種通過有效地進行無用單元收集來管理內存的方法和設備。
本發明還提供一種具有用於上述方法的電腦程式的計算機可讀介質。 根據本發明的一方面，提供一種管理內存的方法，該方法包括對無用
無用單元收集；根據所述調度對所述堆進行無用單元收集。
進行無用單元收集的步驟可包括根據Java實時規範來進行無用單元收集。
所述堆可包括存儲區，用於運行實時線程的對象包括在所述存儲區中。 進行無用單元收集的步驟可包括對包括在堆中的存儲區進行無用單元收集。
根據本發明的另一方面，提供一種管理內存的設備，該設備包括調度 器，對無用單元收集進行調度，以在實時線程的運行結束之後對內存中的預 定堆進行無用單元收集；無用單元收集器，根據所述調度對所述預定堆進行 無用單元收集。 無用單元收集器可根據Java實時規範來進行無用單元收集。 所述預定堆可包括存儲區，用於運行實時線程的對象包括在所述存儲區中。
無用單元收集器可對包括在堆中的存儲區進行無用單元收集。 根據本發明的另 一方面，提供一種具有用於上述方法的電腦程式的計 算機可讀介質。


通過參照附圖對本發明示例性實施例進行詳細描述，本發明的上述和其 他方面將變得更明顯，其中
圖1是解釋現有技術的管理內存的設備的框圖2示出由實時線程引用存儲區的現有^f支術的方法；
圖3是解釋根據本發明示例性實施例的管理內存的設備的框圖5是示出根據本發明示例性實施例的進行無用單元收集的方法的流程
圖6A和圖6B是解釋根據本發明示例性實施例的使存儲區緊湊的方法的
框圖7是解釋根據本發明另一示例性實施例的進行無用單元收集的方法的 流程圖8示出根據本發明示例性實施例的異常處理的示例。
具體實施例方式
以下，將參照附圖更全面地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示例 性實施例。
圖3是解釋根據本發明示例性實施例的管理內存的設備的框圖。 根據本發明示例性實施例的管理內存的設備包括調度器31、堆32和無 用單元收集器33。
參照圖3，與圖1的現有技術的搶佔實時調度器ll相似，根據本發明示 例性實施例的調度器31調整線程之間的優先級，以將實時線程35調度為優 先於普通線程36運行。
此外，調度器31對無用單元收集器33產生中斷，以便在所有實時線程 35的運行結束之後進行無用單元收集。如果還沒有進行無用單元收集，則對 無用單元收集進行調度，以在所有實時線程35的運行結束之後進行無用單元 收集，其中，實時線程35當前正在運行或將要運行。如果在正在進行無用單 元收集時發生運行實時線程35的嘗試，則對無用單元收集器33產生中斷， 以便在該實時線程35先結束之後再進行無用單元收集。
由於調度器31調整線程之間的優先級，並對實時線程進行調度，以使實 時線程的運行不被無用單元收集所阻止，因此可沒有延遲地確保實時線程35 的運行。
與圖1的現有技術的堆13相似，根據本發明示例性實施例的堆32存儲 運行普通線程36所需的對象。預定的程序運行，同時由Java虛擬才幾來分配 堆13。
此外，堆32包括為了運行實時線程35而由用戶設置的多個存儲區321。 根據傳統的Java實時規範，當運行實時線程15時，獨立於堆13設置存儲區 14,運行線程所需的對象被存儲在存儲區14中以被訪問。然而，根據本發明 示例性實施例，當實時線程35運行時，存儲區321 #皮-沒置在堆32中，而非 堆32之外。
存儲區321被設置在堆32中，並且設置的存儲區321由無用單元收集器 33 (將在隨後描述)管理。為了防止虛引用，運行普通線程36所需的對象和 運行實時線程35所需的對象都被存儲在堆32中，並由無用單元收集器33進
行管理。
與圖1的現有技術的無用單元收集器12相似，根據本發明示例性實施例 的無用單元收集器33對堆32中存在的對象進行無用單元收集。無用單元收 集器33確定存儲在堆32中的對象是否被使用。沒有被使用的對象從內存中 被去除，並使剩餘的對象緊湊。
此外，無用單元收集器33對包括在堆32中的存儲區321進行無用單元 收集。稍後將詳細描述由無用單元收集器33進行無用單元收集的方法。
圖4是示出根據本發明示例性實施例的管理內存的方法的流程圖。
參照圖4，在操作400，根據本發明示例性實施例的管理內存的設備對無 用單元收集進行調度，以便在實時線程35的運行結束之後進行無用單元收 集。
如果還沒有進行無用單元收集，則對無用單元收集進行調度，以便在實
時線程35的運行結束之後進行無用單元收集，其中，實時線程35當前正運 行或將要運行。如果在正在進行無用單元收集時試圖運行實時線程，則產生 中斷，以在實時線程先運行之後再進行無用單元收集。
在操作410,根據本發明示例性實施例的管理內存的設備根據先前在操 作400中設置的調度來進行無用單元收集。這將參照圖5至圖7更全面地進 行描述。
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參照圖5，在操作500，根據本發明示例性實施例的管理內存的設備刪除 存儲在預定的存儲區中的對象中的沒有被使用的對象。在Java實時規範中， 僅對運行普通線程16所需的對象進行無用單元收集，其中，普通線程16被 存儲在堆13中。
然而，根據本發明示例性實施例，為運行實時線程35而分配的存儲區 321也被包括在堆32中，因此對包括在堆32中的存儲區321進行無用單元收集。
為了進行無用單元收集，根據本發明示例性實施例的管理內存的設備首 先刪除存儲在存儲區中的對象中的沒有被使用的對象。為運行實時線程35而 分配的存儲區321的大小由程式設計師在其設計程序時進行設置。如果程式設計師沒 有充分設置存儲區321的大小，則當存儲區321完全滿時，實時線程35可能 不能夠將對象存儲在存儲區321中。由於通過線程創建新的存儲區321並分 配對象的時間被延遲，所以通過刪除沒有被使用的對象來確保用於將對象存 儲在存儲區321中的備用空間。
在操作510,根據本發明示例性實施例的管理內存的設備使存儲區321 中的沒有被刪除的對象緊湊。基於最後存儲在存儲區中的對象來設置指向存 儲區321中的備用空間的分配指針，因此從存儲區的開始部分起連續存儲對 象，以便不留空閒空間。
圖6A和圖6B是解釋根據本發明示例性實施例的使存儲區321緊湊的方 法的框圖。
參照圖6A，線程A引用存儲區1,存儲區1包括對象1、 2、 3、 4、 5 等。這裡，假設對象2和4是不再使用的對象。在操作500,根據本發明的管理內存的設備刪除存儲區1中的沒有被使
用的對象。當包括在存儲區1中的對象沒有被其他對象引用時，這些對象被
確定為不再使用的對象，並從存儲區中被刪除。在圖6A中，對象2和4沒
有被使用，因此，從存儲區1中刪除這些對象。
用於使存儲區中的剩餘對象緊湊的操作510包括操作511和512。 在操作511 ，管理內存的設備將剩餘對象複製到堆32中的臨時緩衝器中。 在操作512，管理內存的設備從存儲區的開始部分開始將複製到臨時緩
衝器中的對象連續存儲在存儲區中，以便不留空閒空間。圖6B示出完成緊湊
處理時的存儲區1。
圖7是解釋根據本發明另一示例性實施例的進行無用單元收集的方法的
流程圖。
在操作700，根據本發明示例性實施例的管理內存的設備確定是否存在 引用存儲區的線程。
存儲區321是為運行實時線程35而分配的，並且被具有圖2中所示的棧 結構的存儲區棧所連續引用。 一個存儲區可被多個線程引用。在Java實時規 範中，由Java虛擬機提供識別引用預定存儲區的線程的數量的方法。
Java實時規範中的線程引用計數器識別引用預定存儲區的線程的數量， 並且當發現所述數量改變時，線程可1用計數器反映所述改變。
如果根據在操作700中確定的結果，仍存在引用預定存儲區的線程，則 不能刪除該存儲區，因此通過操作701和702對存儲區321進行無用單元收 集。操作701和702分別與操作500和510相同。
每當引用存儲區321的線程的數量一個接一個地減少時，進行無用單元 收集以立即去除沒有被使用的對象。
如果在操作700中確定不存在引用預定存儲區的線程，則執行操作710 至720以去除存^t區321。
在操作710,根據本發明示例性實施例的管理內存的設備確定在存儲區
321中是否存在仍被使用的對象。即使引用存儲區321的線程全部結束，包
括在將被刪除的存儲區321中的每一對象仍可能被存儲區321之外的其他對
象所引用。所述存儲區321之外的其他對象可存儲在用於普通線程36的堆
32中，或存儲在其他存儲區321中。
Java實時規範的線程引用計數器僅計算引用存儲區14的線程的數量，從
而線程引用計數器不能計算包括在存儲區14中的對象被存儲區14之外的其 他對象引用的次數。因此，即使線程引用計數器指出不存在引用該存儲區的
線程，包括在存儲區14中的對象也可能被存儲區14之外的其他對象所引用。 因此，如果存儲區14被刪除，則引用的對象丟失，從而發生虛引用。為了防 止該問題，執行操作711。
用的對象的所有引用，或者將使用的對象複製到堆32的其他部分中或其他存
儲區321中。虛引用可能引起嚴重的錯誤，因此仍被使用的對象及相關引用
全部被去除，或被複製到內存的另一部分。這裡，內存的其他部分可以是另
一存儲區或為普通線程分配的堆32的另一部分。
如果發生虛引用，則應當通知程式設計師。然後，根據程式設計師的決定，去除
引用或者複製對象。在Java中，在運行程序期間發生錯誤時，產生異常 (exception)以通知程式設計師。此外，在產生關於包括在存儲區321中的對象
的虛引用的情況下，利用所述異常來通知程式設計師。
圖8示出根據本發明示例性實施例的異常處理的示例。
參照圖8,如上所示，如果在存儲區321被刪除時，仍存在被使用的對
象，則Java虛擬機產生異常，並利用例如圖8中所示的指令來去除與該對象
相關的引用。
在圖8中，當標題為"logic 1"的線程的運行結束時，標題為 "myMemoryArea"的存儲區被刪除，對於存在的被使用的對象，產生標題為 "UnclaimedReferenceException'， 的異常。
當異常產生時，通過"getUnclaimedReferences"獲得仍被使用的對象以 及所有相關引用的信息，並且所述引用全部被去除。
在圖8中，通過在刪除存儲區時去除與使用的對象相關的所有引用，防 止了虛引用。可選地，通過將所述對象複製到內存的其他部分中以被繼續使 用，防止了虛引用。
當在操作711中，完成了對仍被使用的對象的處理時，在操作720,根 據本發明示例性實施例的管理內存的設備刪除沒有被線程引用的存儲區。
根據本發明示例性實施例，在實時線程35的運行結束之後進行無用單元 收集，以使得實時線程35的運行不被無用單元收集所延遲，從而確保了實時 線程35的運行。
此外，為運行實時線程35而分配的存儲區321在堆32中被管理，因此 可防止虛引用，從而確保線程運行的安全。
儘管已參照本發明的示例性實施例具體地顯示和描述了本發明，但是本 領域普通技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的範圍和精 神的情況下，可進行各種形式和細節上的改變。此外，本發明的系統可被實 現為計算機可讀記錄介質上的計算機可讀代碼。計算機可讀記錄介質可以是 可存儲隨後可由計算機系統讀取的數據的任何數據存儲裝置。計算機可讀記 錄介質的例子包括只讀存儲器(ROM )、隨機存取存儲器(RAM )、壓縮盤(CD ) -ROM、 ^磁帶、軟盤和光學數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質還可在聯網的 計算機系統上分布，從而計算機可讀代碼可以以分布式方式被存儲和執行。
權利要求
1、一種管理內存的方法，該方法包括對無用單元收集進行調度，以在實時線程的運行結束之後對內存中的堆進行無用單元收集；根據所述調度對所述堆進行無用單元收集。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，進行無用單元收集的步驟包括根 據Java實時規範來進行無用單元收集。
3、 如權利要求l所述的方法，其中，所述堆包括存儲區，用於運行實時 線程的對象存儲在所述存儲區中。
4、 如權利要求3所述的方法，其中，進行無用單元收集的步驟包括對 所述存儲區進行無用單元收集。
5、 如權利要求4所述的方法，其中，進行無用單元收集的步驟包括 刪除存儲在所述存儲區中的對象中的沒有被使用的對象； 在所述存儲區中使沒有通過刪除對象的步驟被刪除的對象緊湊。
6、 如權利要求4所述的方法，其中，進行無用單元收集的步驟包括 確定是否存在？ 1用所述存儲區的線程；根據確定的結果，有選擇地刪除該存儲區。
7、 如權利要求6所述的方法，其中，刪除存儲區的步驟包括 如果確定不存在？ 1用該存儲區的線程，則確定該存儲區中是否存在使用的對象；去除對所述使用的對象的引用，或者將所述使用的對象複製到堆的另一 部分或另一存儲區中； 刪除該存儲區。
8、 一種管理內存的設備，該設備包括調度器，對無用單元收集進行調度，以在實時線程的運行結束之後對內 存中的堆進行無用單元收集；無用單元收集器，根據所述調度對所述堆進行無用單元收集。
9、 如權利要求8所述的設備，其中，無用單元收集器根據Java實時規 範來進行無用單元收集。
10、 如權利要求8所述的設備，其中，所述堆包括存儲區，用於運行實時線程的對象存儲在所述存儲區中。
11、 如權利要求IO所述的設備，其中，無用單元收集器對所述存儲區進 行無用單元收集。
12、 如權利要求11所述的設備，其中，無用單元收集器刪除存儲在所述存儲區中的對象中的沒有被使用的對象，並在沒有被使用的對象被刪除之後 使沒有被刪除的對象緊湊。
13、 如權利要求11所述的設備，其中，無用單元收集器確定是否存在引 用所述存儲區的線程，並且根據確定的結果，有選擇地刪除該存儲區。
14 、 一種具有用於執行管理內存的方法的電腦程式的計算機可讀介質， 所述方法包括對無用單元收集進行調度，以在實時線程的運行結束之後對內存中的堆 進行無用單元收集；根據所述調度對所述堆進行無用單元收集。
15、 如權利要求14所述的計算機可讀介質，其中，進行無用單元收集的 步驟包括根據Java實時規範來進行無用單元收集。
16、 如權利要求14所述的計算機可讀介質，其中，所述堆包括存儲區， 用於運行實時線程的對象存儲在所述存儲區中。
17、 如權利要求16所述的計算機可讀介質，其中，進行無用單元收集的 步驟包括對所述存儲區進行無用單元收集。
18、 如權利要求17所述的計算機可讀介質，其中，進行無用單元收集的 步驟包括刪除存儲在所述存儲區中的對象中的沒有被使用的對象； 在所述存儲區中使沒有通過刪除對象的步驟被刪除的對象緊湊。
19、 如權利要求17所述的計算機可讀介質，其中，進行無用單元收集的 步驟包括確定是否存在引用所述存儲區的線程； 根據確定的結果，有選擇地刪除該存儲區。
20、 如權利要求19所述的計算機可讀介質，其中，刪除存儲區的步驟包括..如果確定不存在^ 1用該存儲區的線程，則確定該存儲區中是否存在使用 的對象；去除對使用的對象的引用，或者將所述使用的對象複製到堆的另一部分 或另一存儲區中；刪除該存儲區。
全文摘要
提供一種管理內存的方法和設備。所述方法包括對無用單元收集進行調度，以在實時線程的運行結束之後對內存中的預定堆進行無用單元收集；根據所述調度進行無用單元收集。由於為運行實時線程而分配的存儲區在堆中被管理，所以可防止產生虛引用，從而確保線程運行的安全。
文檔編號G06F9/46GK101169739SQ20071010771
公開日2008年4月30日 申請日期2007年4月28日 優先權日2006年10月27日
發明者權子根 申請人:三星電子株式會社