系統明明有很多內存，卻無法分配一片大塊內存？

今日問題：系統明明有很多內存，卻無法分配一片大塊內存？

這是為什麼呢？

這個問題涉及記憶體管理的一個內容－記憶體碎片

#什麼是記憶體碎片？

記憶體碎片在Linux很早的時候就已經出現了，了解早期記憶體碎片產生的歷史，有利於我們對它的理解。

假設現在有一塊32MB大小的內存，一開始作業系統使用了最小的一塊－4MB大小，剩餘的記憶體要留給4個行程使用，如圖(a)所示。

進程A使用了作業系統往上的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，所以剩餘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（記憶體碎片）。假設某個時刻，作業系統需要運行進程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。假設作業系統選擇進程B來換出，這樣進程D就裝載到了原來進程B的位址空間裡，於是產生了第二個空洞，如圖(c)所示：

假設作業系統某個時刻需要執行進程B，也需要選擇一個進程來換出，假設進程A被換出，那麼作業系統中又產生了第三個空洞，如圖(d)所示：

隨著時間的推移，記憶體空洞會越來越多，記憶體的利用率也隨之下降，這些記憶體空洞就是我們常說的記憶體碎片。

看到這，你已經知道了什麼是記憶體碎片，同時也了解了一種記憶體管理機制－動態分割法。上述舉例其實就是動態分割法，作業系統早期使用動態分割法來管理記憶體。

怎麼解決記憶體碎片化問題？

想法其實很簡單：把多個小塊記憶體拼成一個大塊記憶體。

早期使用動態分割法的作業系統，為了解決碎片化問題，就是動態地移動進程，使得進程佔用的空間是連續的，並且所有的空閒空間也是連續，這樣就把多個小內存塊拼起來了。但是缺點也非常明顯，進程的遷移需要花費大量的時間。

內碎片與外碎片

#記憶體碎片分兩種：內碎片和外部碎片

內碎片：分配給程式的記憶體但未被利用的部分

外碎片：系統無法利用的小記憶體區塊（如上述動態分區法產生的碎片）

如今作業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記憶體碎片。

為了解決內碎片和外碎片問題，Linux引進了兩個東西：夥伴系統和slab。

夥伴系統用來解決外碎片問題，slab用來解決內碎片問題。

夥伴系統和slab也是記憶體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，但無法分配一片大塊記憶體時，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，表面上看系統空閒內存很多，但實際上都是一些零散的內存。