【学习笔记】内存的连续分配管理方式_单一连续分配为什么有内部碎片

先决条件

1. 这里介绍的这些内存分配方式都是非常古老的内存分配方式，基本已经不在现代操作系统中单独使用
2. 这里的语境是指，为一个用户程序（进程）分配一个连续的内存空间。在非连续的内存管理中，可以将一个用户进程分散装入内存空间
3. 内存大致的分区情况是，存在一个系统区，用于存放操作系统。存在一个用户区，用于存放用户进程。至于操作系统是在高地址还是低地址则要根据其实现来判断
   

单一连续分配

这种方式只适合于单一用户，单一任务的单道用户程序的情况，换句话说，就是一次只能有一个进程跑在内存中

其缺点是

1. 内部碎片可能会非常大，比如上面这个图中，作业（暂且把它当做一个进程）只用了 64 KB，有很大的空间都不能用
2. 显而易见的第二个缺点就是内存利用率低了

固定分区分配

这是最简单的躲到程序存储管理的方式，即内存中可以跑多个进程。系统将用户区提前分成大小固定的分区。

特别的是，固定分区分配有两种不同的方式（这里的固定，是指它们的大小都提前固定好，以后不能更改）

1. 分区大小都相等
2. 分区大小不等
   
   为了便于管理这些分区，我们使用一种叫做分区说明表的东西来管理这些固定分区。如下图所示
   
   对固定分区来说，其缺点也是显而易见的：
3. 可能存在一个非常大的程序无法放入任何分区
4. 相比于现代操作系统中的内存管理，该方法的利用率还是低了点，且同样会产生大量的内部碎片

动态分区分配

动态分区分配相比于前两者就非常灵活了，它会根据进程的大小动态的建立分区，进程多大，分区就占多大。

如下图，有 4 个进程的大小依次是 20MB，14MB，18MB，8MB。总共的内存大小是 64MB。其中操作系统的系统区占 8MB，用户区占 56MB。

在上半部分中，当 1，2，3 进程被分配完后，第四个进程 8MB 大于剩余的分区 4MB。如果此时进程 2 等待被换出，那么进程 4 就可以被换入（图第二行第二幅），此时产生新的分区 6MB（仔细观察图）。同理的方式可以进行其他的换入换出操作。

【注】这里的换出，指的是从内存将，将这个进程换出到磁盘（硬盘）中

其缺点是容易形成外部碎片，但可以通过紧凑的方式来优化这个问题。

补充

内部碎片和外部碎片

内部碎片是已经被分配出去，但是被分配者未使用，而又不能给其他进程使用。好比如我囤积了大量的粮食，我没有吃，别人也吃不了我的

比如我们最开始讲的单一连续分配，因为整个用户区都只分配一个进程，而进程大小可能远远小于用户区大小，这时空闲的用户区又不能提供给其他进程使用，我们就可以称这些空闲用户区是内部碎片。

外部碎片是没有分配出去，但是因为空间太小了而无法提供给任何进程。好比如只有一粒粮食，给谁都没用，太少了。

比如我们最后讲的动态分区分配。因为每个进程都是“量体裁衣”式的进行分区分配，所以不存在内部碎片，但是很可能存在外部碎片，假如当前剩余的空闲分区是 2MB，而要装入的进程最小都是 3MB，那么这个空闲分区（在没有进程换出的情况下），就一直无法使用，称之为外部碎片。

基于顺序搜索的动态分区策略（算法）

上面我们介绍了三种连续分配的内存管理模式，但是，当一个进程进入一个内存中时，究竟如何选择将其放入那个空闲分区中呢，这里涉及的就动态分区的算法。

参考与扩展

1. 非连续分配管理方式：本篇我们将的是内存连续的分配管理方式，而这一篇讲的是非连续的管理方式。