系统明明有很多内存，却无法分配出一片大块内存？

今日问题：系统明明有很多内存，却无法分配出一片大块内存？

这是为什么呢？

这个问题涉及内存管理的一个内容——内存碎片

什么是内存碎片？

内存碎片在Linux很早的时候就已经出现了，了解早期内存碎片产生的历史，有利于我们对它的理解。

假设现在有一块32MB大小的内存，一开始操作系统使用了最小的一块——4MB大小，剩余的内存要留给4个进程使用，如图(a)所示。

进程A使用了操作系统往上的10MB内存，进程B使用了进程A往上的6MB内存，进程C使用了进程B往上的8MB内存，如图(b)所示,：

进程D需要5MB内存，所以剩余的内存不足以装载进程D，这个内存末位就形成了第一个空洞（内存碎片）。假设某个时刻，操作系统需要运行进程D，因为系统中没有足够的内存，所以需要选择一个进程来换出，为进程D腾出足够的空间。假设操作系统选择进程B来换出，这样进程D就装载到了原来进程B的地址空间里，于是产生了第二个空洞，如图(c)所示：

假设操作系统某个时刻需要运行进程B，也需要选择一个进程来换出，假设进程A被换出，那么操作系统中又产生了第三个空洞，如图(d)所示：

随着时间的推移，内存空洞会越来越多，内存的利用率也随之下降，这些内存空洞就是我们常说的内存碎片。

看到这，你已经知道了什么是内存碎片，同时还了解了一种内存管理机制——动态分区法。上述举例其实就是动态分区法，操作系统早期使用动态分区法来管理内存。

怎么解决内存碎片化问题？

思路其实很简单：把多个小块内存拼成一个大块内存。

早期使用动态分区法的操作系统，为了解决碎片化问题，就是动态地移动进程，使得进程占用的空间是连续的，并且所有的空闲空间也是连续，这样就把多个小内存块拼起来了。但是缺点也非常明显，进程的迁移需要耗费大量的时间。

内碎片和外碎片

内存碎片分两种：内碎片和外碎片

内碎片：分配给程序的内存但未被利用的部分

外碎片：系统无法利用的小内存块（如上述动态分区法产生的碎片）

如今操作系统使用分页或分段机制来管理内存，但仍不可避免地会产生一些内存碎片。

为了解决内碎片和外碎片问题，Linux引入了两个东西：伙伴系统和slab。

伙伴系统用于解决外碎片问题，slab用于解决内碎片问题。

伙伴系统和slab也是内存管理中比较核心的内容，有兴趣的可以去研究一下。

总结

所以，当系统有很多内存，但无法分配出一片大块内存时，就是因为产生了很多内存碎片，导致系统中有很多不连续的小块内存，表面上看系统空闲内存很多，但实际都是一些零散的内存。