操作系统中的内存管理：内存分配算法（连续内存分配）详解 连续内存分配是操作系统内存管理的基本方式之一，其核心思想是为进程分配一块连续的内存空间。下面我将从基本概念、分配策略、碎片问题到具体算法实现，逐步讲解这一知识点。 1. 连续内存分配的基本概念 目标 ：为每个进程分配一片连续的物理内存区域，用于存放其代码、数据和堆栈。 内存划分 ：操作系统将物理内存划分为 系统区 （存放内核）和 用户区 （供进程使用）。用户区通过连续分配策略管理。 关键数据结构 ：维护一个 内存块列表 ，记录已分配和空闲的内存区域（例如，用起始地址和长度表示）。 2. 内存分配策略 连续内存分配主要有三种策略，其核心区别在于如何从空闲块中选择合适的内存区域： 2.1 首次适应（First-Fit） 策略 ：从内存起始地址开始扫描空闲块列表，找到 第一个 能满足进程大小需求的空闲块。 示例 ： 假设空闲块列表为：[ 起始地址100KB, 长度50KB]、[ 200KB, 30KB]、[ 300KB, 80KB ]。 若进程请求20KB，则分配第一个空闲块的前20KB（剩余30KB仍为空闲）。 优点 ：简单高效，扫描速度较快。 缺点 ：可能产生大量小碎片（外部碎片），且低地址区域被频繁分割。 2.2 最佳适应（Best-Fit） 策略 ：扫描 所有空闲块 ，选择能满足需求且 大小最接近 的空闲块（即最小足够块）。 示例 ： 空闲块列表同上。进程请求20KB时，选择第二个空闲块（30KB）进行分配，因为它比第一个（50KB）更接近需求。 优点 ：减少大空闲块被分割的概率，保留大块内存供大进程使用。 缺点 ：需全局扫描，效率低；可能产生大量难以利用的小碎片。 2.3 最坏适应（Worst-Fit） 策略 ：总是选择 最大的空闲块 进行分配，目的是避免产生过小碎片。 示例 ： 进程请求20KB时，选择第三个空闲块（80KB）进行分配，剩余60KB仍为空闲。 优点 ：减少小碎片数量。 缺点 ：大空闲块可能被快速消耗，不利于后续大内存需求的进程。 3. 碎片问题与解决思路 外部碎片 ：内存中散布的小块空闲区域，无法被进程使用（因不连续）。 解决方案 ： 内存压缩（Compaction） ：移动已分配内存块，合并空闲块。但需重定位进程地址，开销大。 非连续分配 （如分页、分段）：从根本上避免连续分配的要求。 内部碎片 ：分配的内存块大于进程实际需求，导致块内未使用的空间。 示例 ：进程请求15KB，但系统按固定单位（如4KB）分配，实际分配16KB，产生1KB内部碎片。 4. 算法性能对比 | 策略 | 分配速度 | 碎片问题 | 适用场景 | |------------|----------|------------------------|------------------| | 首次适应 | 快 | 外部碎片较多 | 通用系统 | | 最佳适应 | 慢 | 外部碎片（小块）多 | 内存需求差异小 | | 最坏适应 | 中等 | 内部碎片风险高 | 较少使用 | 5. 实际应用与演进 早期操作系统（如DOS）采用连续分配，但碎片问题严重。 现代操作系统更多使用 非连续分配 （如分页），但连续分配的思想仍用于 动态内存分配器 （如malloc的底层实现可能结合类似策略）。 通过以上步骤，你可以理解连续内存分配的核心逻辑及其优缺点，为学习更复杂的内存管理技术（如分页、分段）奠定基础。