内部碎片与外部碎片

在计算机系统中，特别是在内存管理方面，碎片是指资源（如内存）被分配或释放时产生的不可利用的空闲区域。碎片分为两种：内部碎片和外部碎片。这两种碎片分别指向内存管理过程中不同的资源浪费情况。

1. 内部碎片 (Internal Fragmentation)

定义：

内部碎片是指分配给进程的内存块中，实际使用的内存小于分配的内存，导致某些内存被浪费但无法被其他进程使用。它发生在一个分配的内存块内部。

原因：

• 当操作系统为进程分配内存时，分配的内存空间通常是按照一定的固定大小（如页大小、块大小）来划分的。
• 如果进程实际需求的内存小于分配的内存块大小，剩余部分就变成了内部碎片。

示例：

假设操作系统以 4KB 为单位分配内存，但是一个程序只需要 3KB，那么剩余的 1KB就成了内部碎片，尽管它被分配了出去，但实际上并未被使用。

特点：

• 内部碎片是在已分配内存内部浪费的空间。
• 这种碎片通常不可避免，因为内存块的分配是固定大小的。

解决方法：

• 使用更小的内存块或更灵活的分配策略（如动态分配大小的内存块）。
• 实现内存压缩或通过页表管理（如使用分页机制）来减少固定大小分配带来的浪费。

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2. 外部碎片 (External Fragmentation)

定义：

外部碎片是指内存中空闲的、但不连续的内存区域。外部碎片发生在内存的空闲区域中，多个小的空闲块被分散在内存的不同位置，导致无法利用这些空闲块来满足新的进程或程序的内存请求。

原因：

• 在多次进程的加载和退出过程中，内存中的空闲区域被反复分割成大小不一的小块。
• 内存管理算法（如分区分配、动态分配）不能保证空闲内存区域的连续性，导致空闲内存分散。

示例：

假设有 100KB 的内存，其中有三个空闲区域：30KB、20KB、40KB。这些空闲空间虽然加起来正好是 90KB，但由于这些空间不连续，无法满足一个新的 50KB 进程的内存需求。即使总空闲内存空间足够，也因为碎片化导致内存无法被有效利用。

特点：

• 外部碎片存在于整个内存空间，而不仅仅是已分配的内存块。
• 外部碎片通常影响系统的内存分配效率和程序的执行。

解决方法：

• 使用**紧凑化（Compaction）**技术：通过移动进程，合并空闲的内存块，减少外部碎片。
• 使用**分页（Paging）或分段（Segmentation）**技术：通过将内存划分为固定大小的块，避免内存碎片。
• 虚拟内存管理：通过操作系统的虚拟内存机制，将物理内存空间与进程的内存需求解耦，减少外部碎片的影响。

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