操作系统 碎片化

碎片化是操作系统中的一个不希望出现的问题，当进程从内存中加载和卸载时，自由内存空间会产生碎片。由于进程的大小较小，无法将进程分配到内存块中，导致内存块保持未使用状态。

连续内存分配会在进程进入 RAM 时为其分配空间。这些 RAM 空间可以通过固定分区或动态分区进行划分。随着进程从内存中加载和卸载，这些区域将被分成小块内存碎片，无法分配给新到来的进程。

在本文中，您将了解有关碎片化及其类型的内容。

什么是碎片化

碎片化是操作系统中的一个不希望出现的问题，当进程从内存中加载和卸载时，自由内存空间会产生碎片。由于进程的大小较小，无法将进程分配到内存块中，导致内存块保持未使用状态。还需要理解的是，当程序从内存中加载和删除时，会在内存中生成自由空间或内存中的空洞。这些小块无法分配给新到达的进程，导致内存使用效率低下。

碎片化的条件取决于内存分配系统。随着进程从内存中加载和卸载，这些区域将被分为无法分配给新到达进程的小块内存。这被称为碎片化。

碎片化的原因

用户进程从主内存中加载和卸载，并且进程被保存在主内存中的内存块中。在进程加载和交换后，会留下许多空间，由于其大小，另一个进程无法加载。主内存是可用的，但由于主存储器进程的动态分配，其空间不足以加载另一个进程。

碎片化的类型

操作系统中主要有两种类型的碎片化。它们如下：

1. 内部碎片化
2. 外部碎片化

内部碎片化

当进程被分配到内存块时，如果进程的大小小于所请求的内存量，将在给定的内存块中创建一个空闲空间。由于这个原因，内存块的空闲空间未被使用，从而导致 内部 碎片化。

例如：

假设使用固定分区（即具有固定大小的内存块）来进行RAM中的内存分配。 2MB，4MB，4MB 和 8MB 是可用的大小。操作系统使用其中一部分RAM。

假设一个大小为3MB的进程P1到达，并被分配了4MB的内存块。结果是，这个块中的1MB空闲空间未使用，不能用于为另一个进程分配内存。这被称为内部碎片。

如何避免内部碎片

内部碎片的问题可能由于内存块的固定大小而出现。通过动态分区分配空间给进程可以解决这个问题。动态分区只分配进程请求的空间量。因此，没有内部碎片。

外部碎片

当动态内存分配方法分配一些内存但留下一小部分不可用内存时，发生外部碎片。如果外部碎片过多，可用内存量会大大减少。有足够的内存空间来完成请求，但它不是连续的。这被称为外部碎片。

例如：

让我们以外部碎片化为例。从上面的图表可以看出，有足够的空间 （50 KB） 来运行一个进程 （05）（需要45 KB） ，但内存不是连续的。您可以使用压缩、分页和分段来利用空闲空间来执行进程。

如何消除外部碎片化？

当您连续为进程分配RAM时，此问题会发生。这在分页和分段中执行，其中将内存分配给进程的方式是非连续的。因此，如果取消这种情况，可以减少外部碎片。

压缩是消除外部碎片的另一种方法。在使用动态分区进行内存分配时，将所有空闲内存合并为一个大型块时，可以减少外部碎片。较大的内存块用于根据新进程的要求分配空间。此方法也称为碎片整理。

碎片化的优缺点

碎片化有各种优点和缺点。其中一些如下：

优点

碎片化有各种优点。其中一些如下：

快速数据写入

在支持数据碎片化的系统中，数据写入可能比重新组织数据存储以实现连续数据写入更快。

较少的失败

如果不支持碎片化的系统中连续空间不足，写入将失败。

存储优化

碎片化系统可能通过利用每个可用的存储块更好地利用存储设备。

缺点

碎片化有各种缺点。其中一些如下：

需要定期碎片整理

随着时间的推移，存储设备的碎片化程度越高，性能就会下降，需要耗费时间进行碎片整理操作。

读取时间变慢

随着存储设备碎片化程度的增加，读取非顺序文件所需的时间可能会增加。

结论

简而言之，内部和外部碎片化都是自然过程，会导致内存浪费或空闲内存空间。不过，无论哪种情况都无法完全解决，但可以通过上述提供的解决方案在一定程度上减少问题。