内存碎片产生原因及终极解决办法

2023-08-29 04:55| 来源: 网络整理| 查看: 265

首先，使用最原始的标记分配方法，系统需要维护一个简单的内存信息表：

当程序申请一个长度为3的内存空间后：

当程序再申请一个长度为2，以及长度为4的内存空间后：

此时，只剩1个可用空间。如果这时程序再来申请长度大于1的空间，就申请不了，也就是内存不够。

现在，释放掉ID=2的空间：

我们发现，现在可用内存空间为3，但是，这3个空闲空间，并不是连续的。所以，如果程序现在申请长度为3的内存空间，同样会申请不了，会出现内存不够。业界把这种情况，称之为【内存碎片】。

明明剩余有3个空间，却申请不了3个内存空间，这TMD扯蛋？

于是，工程师们，发明了基于页面的内存管理方式：

首先，把物理内存，按照某种尺寸，进行平均分割。比如我现在以2个内存单位，来分割内存，也就是每两个连续的内存空间，组成一个内存页：

接着，系统同样需要维护一个内存信息表：

现在，程序申请长度为3的内存空间，不过由于现在申请的最小单位为页面，而一个页面的长度为2，因此现在需要申请2个页面，也就是4个内存空间。你看，这就浪费了1个内存空间。

接着，程序再申请长度为1，长度为2的空间：

释放掉ID=2，内存页ID为3的那条内存空间信息：

现在，就出现了之前的情况：目前一共有4个内存空间，但是不连续。不过，因为现在是分页管理机制，因此，现在仍然可以继续申请长度为4的内存空间：

这种方案是不是爽得多？没有碎片，能够尽量地全部用完空间。但仔细想想，这种优势背后，也是需要付出大量代价的。

前面那种内存分配方式，虽然容易出现碎片，并且内存空间的利用率低，但是使用性能高，程序能直接从内存信息表获取内存地址，接着就可以直接按照地址来使用内存空间了。

但下面这种分页的方式，程序需要记录的是内存页ID，每次使用时，需要从内存页ID翻译成实际内存地址，多了一次转换。而且这种模式，会浪费一些内存，比如上面申请3个内存空间，实际分配了2个页面共4个内存空间，浪费了1个内存空间。

以上就是基本原理，实际系统中会做非常多的优化。目前各种主流操作系统都是分页的方式，因此你不需要太关心碎片。

这个话题再延伸下去，就是一个程序内部的局部内存池了。不过这是另一个问题，喜欢的话可以深究一下。

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