操作系统中的碎片

碎片化是操作系统中一个不希望出现的问题，它发生在进程从内存中加载和卸载时，导致空闲内存空间碎片化。由于内存块太小，进程无法分配到内存块，这些内存块因此保持未被使用。

连续内存分配在进程进入 RAM 时为进程分配空间。这些 RAM 空间通过固定分区或动态分区进行划分。当进程从内存中加载和卸载时，这些区域被碎片化为小块内存，无法分配给后续进程。

在本文中，您将了解碎片化及其类型。

什么是碎片化？

碎片化是操作系统中一个不希望出现的问题，它发生在进程从内存中加载和卸载时，导致空闲内存空间碎片化。由于内存块太小，进程无法分配到内存块，这些内存块因此保持未被使用。还需要理解的是，当程序从内存中加载和删除时，它们会在内存中产生空闲空间或“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。当进程从内存中加载和卸载时，这些区域被碎片化为小块内存，无法分配给传入的进程。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，进程被保存在主内存的内存块中。在进程加载和交换后，许多空间仍然存在，但由于它们的大小，其他进程无法加载。主内存是可用的，但由于主内存进程的动态分配，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。它们是：

1. 内部碎片化
2. 外部碎片化

内部碎片化

当一个进程被分配到一个内存块，如果该进程小于请求的内存量，则在给定的内存块中会创建一个空闲空间。因此，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 RAM 中的内存分配是通过固定分区（即固定大小的内存块）完成的。可用大小为 2MB、4MB、4MB 和 8MB。操作系统使用部分 RAM。

假设一个大小为 3MB 的进程 P1 到达，并获得一个 4MB 的内存块。结果，该块中 1MB 的空闲空间未被使用，无法用于为另一个进程分配内存。这被称为 内部碎片化。

如何避免内部碎片化？

内部碎片化问题可能是由于内存块的固定大小引起的。可以通过动态分区为进程分配空间来解决。动态分区只分配进程请求的空间量。因此，没有内部碎片化。

外部碎片化

当动态内存分配方法分配了一些内存但留下少量内存无法使用时，就会发生外部碎片化。如果外部碎片化过多，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 碎片化。

例如

让我们以外部碎片化为例。在上面的图中，您可以看到有足够的空间 (50 KB) 来运行一个进程 (05) (需要 45KB)，但内存不是连续的。您可以使用紧缩、分页和分段来利用空闲空间执行进程。

如何消除外部碎片化？

当您连续地将 RAM 分配给进程时，就会出现此问题。这在分页和分段中完成，其中内存非连续地分配给进程。因此，如果您消除此条件，外部碎片化可能会减少。

紧缩是消除外部碎片化的另一种方法。当使用动态分区进行内存分配时，可以通过将所有空闲内存组合成一个大的连续块来减少外部碎片化。较大的内存块用于根据新进程的需求分配空间。此方法也称为碎片整理。

碎片化的优点和缺点

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

支持数据碎片化的系统中的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。

更少的故障

如果不支持碎片化的系统中没有足够的连续空间，写入将失败。

存储优化

碎片化系统还可以通过利用每个可用存储块来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

碎片化更严重的存储设备的性能会随着时间的推移而下降，因此需要耗时的碎片整理操作。

读取时间变慢

随着存储设备碎片化程度的增加，读取非连续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。然而，这两种情况下的问题都无法完全克服，尽管可以通过上述解决方案在一定程度上减少。