浅谈内存分配方式 避免内存浪费问题

说到内存的分配方式，就不得不提连续分配方式。这种方式是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间，它曾被广泛的用于20世纪60~70年代的OS中，至今仍被使用。连续分配方式可以进一步分为单一连续分配、固定分配方式、动态分区分配以及动态重定位分配。

单一连续分配，是最简单的一种存储管理方式，只能用于单用户、单任务的OS中。它将内存分为系统区和用户区，系统区仅提供给OS使用，除了系统区之外的内存空间全部都是用户区，用户区通常放在高址部分，系统区则放在低址部分。

固定分区分配，这是在多道程序环境下最简单的存储管理方式。将内存分成多个固定大小的区域，每个区域只装入一道作业，便能允许几道作业并发运行。有空闲分区时，就能从后备队列选择一个装入该分区。

固定分区分配有两种划分分区的方式：分区大小相等，不过由于缺乏灵活性，程序过小会浪费内存，过大则无法运行。不过在控制多个相同的对象的场合还说可以使用的;分区大小不等，则是将分区划分时含有多个较小的分区、适量的中等分区以及少量大分区，可根据程序大小分配适当的分区。

我们为了便于内存分配，通常将分区按大小进行排队，并为之建立一张分区使用表，表项报告各分区的初始地址、大小及状态。固定分区是最早的多道程序的存储管理方式，现在虽然过时了，不过在某些控制多个相同对象的系统中还会使用。

动态分区分配，这是根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。主要涉及分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配与回收这三个问题。

分区分配中的数据结构，主要用来描述空闲分区和已分配分区的情况，为分配提供依据。常用的数据结构有两种形式：空闲分区表，用于记录每个空闲分区的全靠，每个空闲分区占一个表目;空闲分区链，也是为了方便使用空闲分区，在每个分区的起始位置和尾部添加前向和后向指针。

分区分配算法，将一个新罪业装入内存，须按照一定的分配算法，从空闲分区表或空闲分区链中选出一空闲分区给该作业。目前大致有五种分配算法。

首次适应算法，将空闲分区链以地址递增的次序链接，分配内存时从头开始查找，只要找到一块空闲区域满足作业大小要求，就将其分配，余下的空闲分区仍留在空闲链。由于此算法倾向利用低址部分的空闲分区，所以低址部分会不断被划分，留下许多难以利用的空闲分区。

循环首次适应算法，在首次适应算法的基础上，不会每次都从链首开始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找。需要设置起始查寻指针，指示下一次起始查询的空闲分区，并采用循环查找方式。这种算法虽然减少了查找空闲分区时的开销，但是会缺乏大的空闲分区。

最佳适应算法，总是能把满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业。为实现此算法，需要将空闲分区按从小到大的顺序形成一空闲分区链。但是，每次分割所留下的剩余部分总是最小的，最后会留下许多难以利用的小空闲区。

最坏适应算法，会扫描整个空闲分区表，总是挑选最大的空闲分区分割给作业，要求空闲区按从大到小排列。优点是可使剩下的空闲区不至于太小，产生碎片的几率最小，同时查找效率最高。缺点是会使存储器缺乏大的空闲分区。

以上四种算法被称为顺序搜索法，而下面这个算法被称为分类搜索法。

快速适应算法，先将空闲分区按容量大小分类，每一类单独设立空闲分区链表。同时在内存中设立一张管理索引表，每一表项对应一种空闲分区类型。而且空闲分区的分类是根据进程常用的空间大小划分的，方便分配空闲分区。此算法的优点是查找效率高，而且不会对分区产生分割，能保留大的分区，也不会产生内存碎片。缺点是分区归还主存时算法复杂，系统开销较大。另外此算法分配时以进程为单位，一个分区属于一个进程，在分配的一个分区中，或多或少存在一定的浪费。空闲分区划分越细，浪费越严重。

分区的分配与回收，系统利用某种分配算法从空闲分区表找到所需大小的分区，装入空闲分区的作业占用空间后，剩余的部分很小则不再切割，反之则将其划分出去。当作业或者进程运行完毕后释放内存，系统根据回收区的首址，从空闲区链表中找到相应的插入点，将其与相邻空闲区合并。