【操作系统】第三章：连续内存分配（Part2）

内存碎片问题

当我们给一个运行的程序分配一块空间的时候，会出现一些无法进一步利用的空闲空间。这就是碎片，碎片分为两种（外碎片、内碎片）
外碎片：分配单元之间的没法去使用的内存
内碎片：已经分配给应用程序，但是应用程序无法进一步去使用的空闲内存
两者都是我们尽量想去避免的。

解决碎片问题：一种有效的内存分配方法！
从OS的角度，它在什么时候会提供连续空间的分配呢？因为OS要把APP从硬盘加载到内存中去，实际上就要给内存中分配一块连续区域让程序可以跑起来；另一种情况应用程序在运行时，会访问数据，这时候OS需要给数据分配空间。为此OS需要管理空闲的和非空闲的空间，这里会通过一些数据结构或者算法来进行识别哪些空闲哪些非空闲并管理。
内存分配算法：

First-fit最先适配

黄色表示空闲空间，绿色表示非空闲空间。看上去简单易懂，但是它的实现也需要一定条件。
需求：
1.按照地址牌序空闲块
2.分配需要寻找一个合适的分区
3.重分配需要检测
分配过程也需要考虑内存回收问题，回收时要考虑是否可以把空闲块合并，因为一旦合并可以形成更大的空间块，就可以满足更多的应用需求
优点：简单。在高地址有大块空间。
缺点：容易形成外碎片，具有不确定性。

Best-fit最佳适配

按照最适合，最贴近分配请求的size分配空闲块。
1.按照地址牌序空闲块
2.分配需要寻找一个合适的分区
3.重分配需要检测
优点：比较简单。当大部分分配是小尺寸是非常有效
缺点：外部碎片问题仍然严重。重分配慢。易产生很多无用的小碎片，影响后续管理

Worst-fit最差适配

按照size差距最大的去分配，这种适配可以把大块变小块，小块尽量保留。原理是外碎片大，大概率该碎片可以继续使用。
1.按照地址牌序空闲块
2.分配需要寻找一个合适的分区
3.重分配需要检测
优点：总体来说分配速度比较快；加入分配请求是中大型的，效果较好
缺点：重分配慢；外部碎片；拆分大空闲块导致以后大块区无法被分配

综上：三种分配方法没有最好，只有根据情况进行适用。
所以我们需要一定的碎片处理方式

压缩式碎片整理

这里的问题：
1.进程合并挪动过程的实质其实是拷贝内存（开销比较大）的过程，但是，程序执行过程中是不能去挪动的，那么就要等到程序空闲时间处理该才做。
2.挪动到理想位置的开销有多大。这些是需要考虑的问题。

交换式碎片整理

目的：充分利用硬盘，把硬盘当成内存的后备。
现在有四个程序，其中P3正在执行，也就说P1P2P4在内存中等待被执行，如果这时候P3在执行过程中突然需要更多内存，但是P124已经把内存空间占满，需要抢占。P4在等待某个事件产生且等待时间相对较长，为此我们把P4所占用的空间挪到硬盘上去，这样内存中就释放出了空间。这时候P3利用腾出的空闲块继续正常执行。
这里的问题：1.什么时候进行换入和换出操作 2.选哪一个程序换出空间
另一方面换入换出的粒度是以单个程序的大小作为粒度的，也就说如果程序本身比较大，那么换入换出的开销也很大。
那么如何管理和优化呢？这将在后续的【虚存管理】中进行详细讲解，这里只了解这两种分配方式。