內(nèi)存分段是如何產(chǎn)生內(nèi)存碎片的

內(nèi)存分段

程序包含若干個邏輯分段，如可由代碼段、數(shù)據(jù)段、棧段、堆段組成，每個分段都有不同的屬性，所以內(nèi)存以分段的形式把這些段分離出來進(jìn)行管理

在內(nèi)存分段方式下，虛擬地址和物理地址是如何映射的？

分段管理下的虛擬地址由兩部分組成，段號和段內(nèi)偏移量

通過段號映射段表的項(xiàng)

從項(xiàng)中獲取到段基地址

段基地址+段內(nèi)偏移量=使用的物理內(nèi)存

通過上述知道了，使用段號去映射段表的項(xiàng)，使用項(xiàng)中的段基地址與偏移量計(jì)算出物理內(nèi)存地址，但實(shí)際上，分段方式會把程序的虛擬地址分為4段，每個段在段表中有一個項(xiàng)，在這一項(xiàng)找到段的基地址，再加上偏移量計(jì)算出物理內(nèi)存地址

分段的方式，很好的解決了，程序本身不需要關(guān)心具體物理內(nèi)存地址的問題，但是它仍有不足之處：

內(nèi)存碎片的問題

內(nèi)存交換的效率低的問題

接下來對這兩個問題進(jìn)行分析

分段方式是如何產(chǎn)生內(nèi)存碎片的？

在說內(nèi)存碎片之前，還是先弄明白，什么是內(nèi)存碎片？，8個人去外面吃飯，因?yàn)轱堻c(diǎn)原因，人比較多，剩下的都是4人小餐桌，這些4人小餐桌就是我們所說的內(nèi)存碎片，此時會有小伙伴說，把2個4人小餐桌拼湊在一起就解決了這個問題，非常簡單，我們把這種方式稱為內(nèi)存碎片整理（涉及到內(nèi)存交換）。

回到正題，我們來看一例子，假設(shè)物理內(nèi)存只有1GB （1024MB），用戶電腦上運(yùn)行了多個程序：

瀏覽器占用128MB

音樂軟件占用256MB

游戲占用了512MB

這個時候我們關(guān)閉瀏覽器，剩余物理內(nèi)存1024MB -（256MB+512MB）=256MB。但是這剩余的256MB物理內(nèi)存不是連續(xù)的，被分為了兩段128MB，導(dǎo)致沒有空間再打開一個200MB的程序，如下圖所示

這里的內(nèi)存碎片問題共有兩點(diǎn)：

外部內(nèi)存碎片，就是多個不連續(xù)的小物理內(nèi)存空間，導(dǎo)致新的程序無法被裝載

內(nèi)部內(nèi)存碎片，程序所有的內(nèi)存都被裝載進(jìn)了物理內(nèi)存，但是程序有部分的內(nèi)存，可能不經(jīng)常使用，造成內(nèi)存的浪費(fèi)

解決外部內(nèi)存碎片的方法就是使用內(nèi)存碎片整理

內(nèi)存碎片整理通過內(nèi)存交換的方式來實(shí)現(xiàn)，我們可以把音樂軟件占用的256MB加載到硬盤上面去，再從硬盤讀取回來，但是讀取回來的位置不再是原來的位置，而是緊跟已經(jīng)占用的游戲512MB后面，這樣兩個128MB的空閑物理內(nèi)存就合并成了一個256MB的連續(xù)物理內(nèi)存，于是新的200MB新程序就能被裝載進(jìn)來

內(nèi)存交換空間，在 Linux 系統(tǒng)里，是我們?？吹降?Swap 空間，這塊空間是從硬盤劃分出來的，用于內(nèi)存與硬盤的空間交換。

分段方式為什么內(nèi)存交換效率低？首先分段管理容易造成內(nèi)存碎片，導(dǎo)致內(nèi)存交換的頻率較高，因?yàn)橛脖P的訪問速度比內(nèi)存慢太多了，然后每次交換的時候，把一大段連續(xù)的內(nèi)存寫入到硬盤，再又從硬盤讀取出來，如果交換的是一個占內(nèi)存空間很大的程序，這樣整個機(jī)器都會顯得卡頓，過程也很慢的，所以說分段方式內(nèi)存交換效率低。

為了解決內(nèi)存分段管理造成的內(nèi)存碎片與內(nèi)存交換效率低的問題，就出現(xiàn)了內(nèi)存分頁。