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今日問題：系統明明有很多內存，卻無法分配出一片大塊內存？

這是為什么呢？

這個問題涉及內存管理的一個內容——內存碎片

什么是內存碎片？

內存碎片在Linux很早的時候就已經出現了，了解早期內存碎片產生的歷史，有利于我們對它的理解。

假設現在有一塊32MB大小的內存，一開始操作系統使用了最小的一塊——4MB大小，剩余的內存要留給4個進程使用，如圖(a)所示。

進程A使用了操作系統往上的10MB內存，進程B使用了進程A往上的6MB內存，進程C使用了進程B往上的8MB內存，如圖(b)所示,：

進程D需要5MB內存，所以剩余的內存不足以裝載進程D，這個內存末位就形成了第一個空洞（內存碎片）。假設某個時刻，操作系統需要運行進程D，因為系統中沒有足夠的內存，所以需要選擇一個進程來換出，為進程D騰出足夠的空間。假設操作系統選擇進程B來換出，這樣進程D就裝載到了原來進程B的地址空間里，于是產生了第二個空洞，如圖(c)所示：

假設操作系統某個時刻需要運行進程B，也需要選擇一個進程來換出，假設進程A被換出，那么操作系統中又產生了第三個空洞，如圖(d)所示：

隨著時間的推移，內存空洞會越來越多，內存的利用率也隨之下降，這些內存空洞就是我們常說的內存碎片。

看到這，你已經知道了什么是內存碎片，同時還了解了一種內存管理機制——動態分區法。上述舉例其實就是動態分區法，操作系統早期使用動態分區法來管理內存。

怎么解決內存碎片化問題？

思路其實很簡單：把多個小塊內存拼成一個大塊內存。

早期使用動態分區法的操作系統，為了解決碎片化問題，就是動態地移動進程，使得進程占用的空間是連續的，并且所有的空閑空間也是連續，這樣就把多個小內存塊拼起來了。但是缺點也非常明顯，進程的遷移需要耗費大量的時間。

內碎片和外碎片

內存碎片分兩種：內碎片和外碎片

內碎片：分配給程序的內存但未被利用的部分

外碎片：系統無法利用的小內存塊（如上述動態分區法產生的碎片）

如今操作系統使用分頁或分段機制來管理內存，但仍不可避免地會產生一些內存碎片。

為了解決內碎片和外碎片問題，Linux引入了兩個東西：伙伴系統和slab。

伙伴系統用于解決外碎片問題，slab用于解決內碎片問題。

伙伴系統和slab也是內存管理中比較核心的內容，有興趣的可以去研究一下。

總結

所以，當系統有很多內存，但無法分配出一片大塊內存時，就是因為產生了很多內存碎片，導致系統中有很多不連續的小塊內存，表面上看系統空閑內存很多，但實際都是一些零散的內存。