در دنیای برنامه‌نویسی سیستمی، مدیریت حافظه یکی از حیاتی‌ترین و در عین حال چالش‌برانگیزترین مفاهیم است. زبان‌هایی مانند C به برنامه‌نویس کنترل کاملی بر روی حافظه می‌دهند، اما این قدرت با مسئولیت بزرگی همراه است. خطاهایی مانند نشت حافظه (Memory Leaks) و اشاره‌گرهای معلق (Dangling Pointers) می‌توانند منجر به کرش‌های غیرقابل پیش‌بینی و کاهش شدید کارایی سیستم شوند. اینجاست که مفهوم جمع‌آوری خودکار زباله (Garbage Collection) وارد می‌شود؛ مکانیزمی که در زبان‌های سطح بالاتر مانند Java، Python و #C به صورت خودکار حافظه را مدیریت می‌کند.

اما آیا تا به حال فکر کرده‌اید که این مکانیزم‌های هوشمند در پشت صحنه چگونه کار می‌کنند؟ این دوره یک سفر عمیق و پروژه‌محور است که شما را قدم به قدم در مسیر ساخت یک جمع‌آوری‌کننده زباله (Garbage Collector) کاملاً عملیاتی از صفر و با استفاده از زبان قدرتمند C راهنمایی می‌کند. این دوره دانلودی نیست و تمامی محتوای آموزشی، کدها و ویدیوها بر روی یک فلش مموری ۳۲ گیگابایتی برای شما ارسال می‌گردد تا دسترسی دائمی و فیزیکی به آن داشته باشید.

پس از اتمام این دوره، شما به درک جامعی از مدیریت حافظه خودکار دست خواهید یافت و مهارت‌های عملی زیر را کسب خواهید کرد:

• مبانی مدیریت حافظه: تفاوت‌های کلیدی بین حافظه پشته (Stack) و هیپ (Heap) و نحوه تخصیص و آزادسازی حافظه به صورت دستی با malloc و free.
• اصول کار Garbage Collector: آشنایی با مفاهیم اصلی مانند ریشه‌ها (Roots)، دسترس‌پذیری (Reachability) و گراف اشیاء (Object Graph).
• پیاده‌سازی الگوریتم Mark and Sweep: شما یکی از معروف‌ترین الگوریتم‌های GC را از صفر پیاده‌سازی خواهید کرد که شامل دو فاز اصلی علامت‌گذاری (Mark) و پاک‌سازی (Sweep) است.
• ساخت یک ماشین مجازی ساده: برای تست و اجرای GC، یک ماشین مجازی (VM) کوچک مبتنی بر پشته خواهید ساخت تا محیطی برای اجرای کد و ایجاد اشیاء فراهم کنید.
• ردیابی تخصیص حافظه: یاد می‌گیرید که چگونه تمام اشیاء تخصیص‌داده‌شده در هیپ را در یک لیست پیوندی نگهداری کنید تا GC بتواند روی آن‌ها کار کند.
• پیمایش گراف اشیاء: پیاده‌سازی فاز “Mark” که در آن از ریشه‌ها شروع کرده و تمام اشیاء قابل دسترس را به صورت بازگشتی علامت‌گذاری می‌کنید.
• آزادسازی حافظه بی‌استفاده: پیاده‌سازی فاز “Sweep” که در آن حافظه اشیاء علامت‌گذاری‌نشده (زباله) را برای استفاده مجدد آزاد می‌کنید.
• یکپارچه‌سازی و تست: ادغام کامل GC در ماشین مجازی و نوشتن سناریوهای تست برای اطمینان از عملکرد صحیح آن در شرایط مختلف.

این دوره برای کسانی طراحی شده است که به دنبال یک چالش عمیق فنی هستند. برای بهره‌وری حداکثری، شما باید با موارد زیر آشنا باشید:

• تسلط کامل بر زبان برنامه‌نویسی C، به ویژه مفاهیم پیشرفته مانند اشاره‌گرها، اشاره‌گر به توابع، تخصیص حافظه پویا (malloc/free) و ساختارها (structs).
• آشنایی با ساختار داده‌های پایه مانند لیست‌های پیوندی (Linked Lists).
• تجربه کار با خط فرمان (Command Line) و یک کامپایلر C مانند GCC یا Clang.
• علاقه و اشتیاق برای یادگیری مفاهیم برنامه‌نویسی سطح پایین (Low-Level) و درک نحوه کار کامپیوتر در لایه‌های زیرین.

بخش اول: مبانی مدیریت حافظه و GC

در این بخش، پایه‌های نظری لازم را ایجاد می‌کنیم. با بررسی دقیق حافظه Stack و Heap شروع کرده و مشکلات مدیریت دستی حافظه را تحلیل می‌کنیم. سپس، به معرفی مفهوم جمع‌آوری خودکار زباله و مروری بر الگوریتم‌های مختلف مانند Mark-and-Sweep، Reference Counting و Generational GC می‌پردازیم.

بخش دوم: طراحی ساختار پروژه و ماشین مجازی (VM)

قبل از ساخت GC، به یک محیط برای اجرای آن نیاز داریم. در این بخش، یک ماشین مجازی ساده مبتنی بر پشته طراحی می‌کنیم. این VM قادر خواهد بود اشیاء را ایجاد کرده، آن‌ها را در پشته قرار دهد و عملیات پایه‌ای را انجام دهد. همچنین ساختار داده‌ای برای نمایش اشیاء و انواع آن‌ها را تعریف خواهیم کرد.

بخش سوم: پیاده‌سازی الگوریتم Mark and Sweep

این بخش، قلب دوره است. ما به صورت عملیاتی الگوریتم را پیاده‌سازی می‌کنیم:

• ردیابی اشیاء: یک لیست پیوندی برای نگهداری تمام اشیاء تخصیص‌داده‌شده در هیپ ایجاد می‌کنیم.
• فاز Mark (علامت‌گذاری): تابعی را پیاده‌سازی می‌کنیم که از ریشه‌ها (اشیاء موجود در پشته VM) شروع کرده و با پیمایش گراف اشیاء، تمام اشیاء قابل دسترس را علامت‌گذاری می‌کند.
• فاز Sweep (پاک‌سازی): پس از اتمام فاز Mark، در هیپ حرکت کرده و حافظه مربوط به اشیائی که علامت‌گذاری نشده‌اند را آزاد (free) می‌کنیم و آن‌ها را از لیست اشیاء حذف می‌نماییم.

بخش چهارم: یکپارچه‌سازی، تست و بهینه‌سازی

در نهایت، GC ساخته‌شده را در ماشین مجازی خود ادغام می‌کنیم. ما تعیین می‌کنیم که GC در چه زمانی باید اجرا شود (مثلاً پس از تعداد مشخصی تخصیص حافظه). سپس با نوشتن برنامه‌های آزمایشی مختلف، عملکرد آن را در سناریوهای پیچیده (مانند ارجاعات دایره‌ای) بررسی کرده و از صحت آن اطمینان حاصل می‌کنیم. همچنین در مورد تکنیک‌های ساده بهینه‌سازی بحث خواهیم کرد.

• دانشجویان علوم کامپیوتر: که می‌خواهند مفاهیم کتاب‌های درسی سیستم‌عامل و کامپایلر را به صورت عملی تجربه کنند.
• توسعه‌دهندگان C/C++: که به دنبال درک عمیق‌تری از مدیریت حافظه و ساخت سیستم‌های سطح پایین هستند.
• مهندسان نرم‌افزار: که به طراحی زبان‌های برنامه‌نویسی، مفسرها و محیط‌های اجرایی (Runtimes) علاقه‌مند هستند.
• برنامه‌نویسان کنجکاو: که به دنبال یک پروژه چالش‌برانگیز و معنادار برای تقویت مهارت‌های حل مسئله و افزودن به پورتفولیوی خود هستند.

برای سهولت دسترسی و اطمینان از مالکیت دائمی شما بر محتوای آموزشی، این دوره به صورت فیزیکی ارائه می‌شود. پس از تهیه دوره، یک فلش مموری ۳۲ گیگابایتی حاوی تمامی ویدیوهای آموزشی با کیفیت بالا، سورس‌کدهای کامل پروژه، اسلایدها و منابع تکمیلی برای شما ارسال خواهد شد. این روش به شما این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به اینترنت یا نگرانی از حذف محتوا، در هر زمان و مکانی به مطالب دسترسی داشته باشید. توجه فرمایید که این دوره به هیچ عنوان دانلودی نیست.

اگر آماده‌اید تا پرده از یکی از پیچیده‌ترین و جذاب‌ترین مفاهیم علوم کامپیوتر بردارید و مهارت‌های برنامه‌نویسی سیستمی خود را به سطح استادی برسانید، این دوره برای شما طراحی شده است.