我对此感到疑惑，因为操作系统负责内存管理。为什么编程语言必须实现自己的垃圾收集器？
【问题讨论】：
标签： memory-management garbage-collection operating-system programming-languages
垃圾收集将由自己的软件，在软件的编程或编码中进行，但这很复杂，需要开发人员的高级经验。
通常，用 C 和 C++ 编写的程序不像用 Java 或 PHP 编写的程序那样具有自动内存管理功能。这意味着用 C++ 编写的程序需要程序员定义软件使用的数据在不再使用时将从内存中删除。
因此，您使用的许多程序都是用 C 和 C++ 编写的，并且在大多数情况下内存管理效率不是很高。当运行这些程序时，您的内存将包含许多不再使用的片段，这是程序的失败。我知道的唯一选择是重启电脑。
我同意 SO 本身应该有一些工具来“清理未使用的内存空间”，就像它在 Android 上一样（例如 Ccleaner）。
【讨论】：
我想知道这是因为操作系统不负责内存管理吗？
仅在操作系统将内存分配给程序的意义上，然后程序决定如何使用自己的内存管理器来使用它。在操作系统中进一步集中内存管理是有问题的，因为它会很慢：程序有不同的内存访问模式，因此给它们所有相同的 GC 将使程序员更难使用自定义内存管理模式。例如，不同的语言运行时需要不同的垃圾收集器以有效的方式支持语言的习惯用法。它还要求操作系统管理程序中的内存，从而使操作系统设计复杂化。
实际上，在某种意义上，操作系统已经提供了GC：当程序退出时，典型的操作系统会清理它的内存。但只要程序在运行，它就负责管理操作系统给它的内存。
编辑：其他答案中有一些关于什么构成操作系统的讨论。我考虑了一个狭义的定义，其中操作系统是一个内核，一个为进程提供调度和服务的运行程序。这与您的典型 Windows/Linux/Unix 桌面/服务器操作系统相匹配。
【讨论】：
free()，尽管该语言不支持 GC，但它仍然允许它使用 OS 强制的 GC 工具。
操作系统如何知道什么是垃圾，什么不是？
每种编程语言都有自己的规则来定义数据结构是什么，以及数据结构何时被另一个数据结构引用。每种编程语言实现（即编译器、解释器、运行时）都有其在内存中表示数据结构的方式。垃圾收集器需要知道数据是如何表示的：它需要知道什么是指针，指针指向什么。
通常，指针是内存中的地址。但是没有办法先验地知道哪些存储单元包含指针，哪些存储单元包含一些非指针数据，这些数据恰好具有正确的位模式作为有效指针。此外，还需要额外的信息来了解指针所引用的数据的大小。
有一些保守的垃圾收集器，它们假设每个可以被解释为指针的内存单元都是一个指针。即使这样，垃圾收集器也需要知道指针指向的数据在哪里开始和停止，因此垃圾收集器需要知道编程语言环境使用的内存表示。此外，垃圾收集器必须假设没有隐藏指针（例如，写入磁盘、压缩……）。
如果允许程序包含任意机器代码（大多数操作系统都是这种情况），那么垃圾收集必须留给每个编程环境。有一些专门的操作系统会强制所有程序使用相同的运行时环境（例如，所有程序都必须在 JVM 或 .NET 中运行）并且确实包含垃圾收集器。
操作系统通常包含特殊形式的垃圾收集器，通常基于引用计数，例如，当打开文件的进程数降至 0 时关闭文件，或者对于共享内存区域也是如此。
【讨论】：
垃圾收集要求操作系统知道什么是垃圾，什么不是垃圾，最简单的方法是某种类型的安全保证。一些实验性操作系统，例如Es 和Singularity，在内核级别提供类型安全的语言运行时：Es 中的 JavaScript 和 Singularity 中的 C# 变体。但大多数内核旨在允许使用流行的类型不安全语言（例如 C++）运行应用程序。在这种情况下，内核所能做的就是回收已终止进程占用的内存。
因此，大多数内核将属于特定进程的内存管理委托给语言运行时。所有主要桌面操作系统的默认安装都包含多个垃圾收集语言运行时，应用程序可以在其中运行。
【讨论】：