今日問(wèn)題：系統(tǒng)明明有很多內(nèi)存，卻無(wú)法分配出一片大塊內(nèi)存？

這是為什么呢？

這個(gè)問(wèn)題涉及內(nèi)存管理的一個(gè)內(nèi)容——內(nèi)存碎片

什么是內(nèi)存碎片？

內(nèi)存碎片在Linux很早的時(shí)候就已經(jīng)出現(xiàn)了，了解早期內(nèi)存碎片產(chǎn)生的歷史，有利于我們對(duì)它的理解。

假設(shè)現(xiàn)在有一塊32MB大小的內(nèi)存，一開(kāi)始操作系統(tǒng)使用了最小的一塊——4MB大小，剩余的內(nèi)存要留給4個(gè)進(jìn)程使用，如圖(a)所示。

進(jìn)程A使用了操作系統(tǒng)往上的10MB內(nèi)存，進(jìn)程B使用了進(jìn)程A往上的6MB內(nèi)存，進(jìn)程C使用了進(jìn)程B往上的8MB內(nèi)存，如圖(b)所示,：

進(jìn)程D需要5MB內(nèi)存，所以剩余的內(nèi)存不足以裝載進(jìn)程D，這個(gè)內(nèi)存末位就形成了第一個(gè)空洞（內(nèi)存碎片）。假設(shè)某個(gè)時(shí)刻，操作系統(tǒng)需要運(yùn)行進(jìn)程D，因?yàn)橄到y(tǒng)中沒(méi)有足夠的內(nèi)存，所以需要選擇一個(gè)進(jìn)程來(lái)?yè)Q出，為進(jìn)程D騰出足夠的空間。假設(shè)操作系統(tǒng)選擇進(jìn)程B來(lái)?yè)Q出，這樣進(jìn)程D就裝載到了原來(lái)進(jìn)程B的地址空間里，于是產(chǎn)生了第二個(gè)空洞，如圖(c)所示：

假設(shè)操作系統(tǒng)某個(gè)時(shí)刻需要運(yùn)行進(jìn)程B，也需要選擇一個(gè)進(jìn)程來(lái)?yè)Q出，假設(shè)進(jìn)程A被換出，那么操作系統(tǒng)中又產(chǎn)生了第三個(gè)空洞，如圖(d)所示：

隨著時(shí)間的推移，內(nèi)存空洞會(huì)越來(lái)越多，內(nèi)存的利用率也隨之下降，這些內(nèi)存空洞就是我們常說(shuō)的內(nèi)存碎片。

看到這，你已經(jīng)知道了什么是內(nèi)存碎片，同時(shí)還了解了一種內(nèi)存管理機(jī)制——?jiǎng)討B(tài)分區(qū)法。上述舉例其實(shí)就是動(dòng)態(tài)分區(qū)法，操作系統(tǒng)早期使用動(dòng)態(tài)分區(qū)法來(lái)管理內(nèi)存。

怎么解決內(nèi)存碎片化問(wèn)題？

思路其實(shí)很簡(jiǎn)單：把多個(gè)小塊內(nèi)存拼成一個(gè)大塊內(nèi)存。

早期使用動(dòng)態(tài)分區(qū)法的操作系統(tǒng)，為了解決碎片化問(wèn)題，就是動(dòng)態(tài)地移動(dòng)進(jìn)程，使得進(jìn)程占用的空間是連續(xù)的，并且所有的空閑空間也是連續(xù)，這樣就把多個(gè)小內(nèi)存塊拼起來(lái)了。但是缺點(diǎn)也非常明顯，進(jìn)程的遷移需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。

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內(nèi)碎片和外碎片

內(nèi)存碎片分兩種：內(nèi)碎片和外碎片

內(nèi)碎片：分配給程序的內(nèi)存但未被利用的部分

外碎片：系統(tǒng)無(wú)法利用的小內(nèi)存塊（如上述動(dòng)態(tài)分區(qū)法產(chǎn)生的碎片）

如今操作系統(tǒng)使用分頁(yè)或分段機(jī)制來(lái)管理內(nèi)存，但仍不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些內(nèi)存碎片。

為了解決內(nèi)碎片和外碎片問(wèn)題，Linux引入了兩個(gè)東西：伙伴系統(tǒng)和slab。

伙伴系統(tǒng)用于解決外碎片問(wèn)題，slab用于解決內(nèi)碎片問(wèn)題。

伙伴系統(tǒng)和slab也是內(nèi)存管理中比較核心的內(nèi)容，有興趣的可以去研究一下。

總結(jié)

所以，當(dāng)系統(tǒng)有很多內(nèi)存，但無(wú)法分配出一片大塊內(nèi)存時(shí)，就是因?yàn)楫a(chǎn)生了很多內(nèi)存碎片，導(dǎo)致系統(tǒng)中有很多不連續(xù)的小塊內(nèi)存，表面上看系統(tǒng)空閑內(nèi)存很多，但實(shí)際都是一些零散的內(nèi)存。

原文作者：嵌入式Linux充電站