操作系统中的非连续分配

---

操作系统使用称为非连续分配的内存管理策略来为进程分配内存。此方法将内存划分为固定大小的块或分区，并且可以根据进程的大小需求为每个分区分配进程。

与连续分配（其中进程占用单个内存块）相反，非连续分配允许进程的内存分散在主内存中的多个区域。在处理不同大小的进程时，此策略提供了更大的灵活性和有效的内存利用率。

在本文中，我们将探讨什么是非连续内存分配，其技术、用例、优点和缺点。

什么是非连续内存分配？

它允许进程根据其需求在内存中的不同位置获取多个内存块。由于它利用了内部和外部碎片产生的内存间隙，因此非连续内存分配还可以减少由内部和外部碎片引起的内存浪费。

分页和分段是防止进程的物理地址空间连续的两种技术。非连续内存分配将进程划分为块（或页或段），然后根据可用内存量将其分配到不同的内存位置。

非连续内存分配可以节省未使用的内存，但它也增加了地址转换的成本。由于当进程元素存储在内存中的不同位置时需要时间进行地址转换，因此内存执行会延迟。

使用这种类型的内存分配，进程可以根据需要在不同位置获取多个内存块。与连续内存分配（其中所有可用空间都在一个位置分配）相反，可用的空闲空间分布在各个位置。

分配非连续内存的速度比分配连续内存慢。包括分段和分页。这种分配不会造成内存损失。

用于非连续分配的技术

以下技术用于非连续分配。

链表− 在链表方法中，每个进程都获得通过指针连接的内存块。当进程获得多个块时，指针允许从一个块遍历到另一个块。尽管此方法需要为指针额外分配空间，但它可以实现有效的内存分配和释放。

分页− 分页通过对逻辑内存和物理内存进行分区来创建称为页的固定大小的内存块。逻辑内存被划分为大小相同的页，而物理内存被划分为帧。操作系统负责维护一个将逻辑页映射到物理帧的页表。可以分割物理内存帧以适应每个进程页的非连续分配。

分段− 分段将逻辑内存划分为不同大小的段。每个段（例如代码段、数据段或堆栈段）表示进程的一个逻辑单元。尽管段分散在物理内存中，但仍保留段表以将逻辑段映射到物理内存位置。尽管此方法提供了灵活性，但它可能会导致外部碎片。

操作系统中非连续分配的用例

以下是操作系统中非连续分配的一些用例。

大小可变的进程− 在处理不同大小的进程时，非连续分配特别有用。它允许内存分散在多个区域，从而实现有效的内存利用率。

动态内存管理− 非连续分配允许动态内存管理，允许根据活动启动或终止来分配和释放内存。这种灵活性在进程具有变化的内存需求的环境中至关重要。

有效的内存利用率− 非连续分配通过根据进程的实际需求分配内存块来确保有效的内存利用率。它通过仅为每个进程分配必要的内存量来防止浪费内存。

碎片管理− 虽然非连续分配可能会增加外部碎片，但它有助于减少内部碎片。内部碎片是指分配的内存块中存在空闲或部分使用的空间。通过根据进程的特定需求分配内存块，可以最大限度地减少内部碎片。

处理大型数据集− 在处理无法放入单个连续内存块的大型数据集时，非连续分配非常有用。能够在多个非连续块中分配内存允许进程处理大量数据而不会耗尽可用的内存资源。

虚拟内存系统− 非连续分配是虚拟内存系统中使用的基本技术。它允许操作系统以灵活的方式将逻辑地址映射到物理地址，从而允许进程以非连续的方式访问内存。

多编程环境− 在多个进程同时运行的多编程环境中，非连续分配有助于有效地将内存块分配给不同的进程。可以根据每个进程的特定需求分配内存，从而实现最佳的内存使用率。

实时系统− 非连续分配在实时系统中可能很有用，在实时系统中，进程具有严格的时间要求。它允许动态分配和释放内存，使进程能够有效地管理其内存资源，同时满足严格的时间限制。

非连续内存分配的优点

高效的内存利用率− 非连续分配可以通过根据进程的实际需求分配内存块来有效地利用内存。

灵活性− 非连续分配使内存管理更加灵活。它允许进程以碎片化的方式接收内存，从而使它们能够适应各种大小的可用内存块。

动态内存管理− 非连续分配允许动态内存管理，允许根据活动启动或终止来分配和释放内存。

简化的外部碎片− 与连续分配相比，非连续分配降低了外部碎片的发生率，从而使外部碎片更容易理解。

非连续内存分配的缺点以及实际例子

碎片− 非连续分配可以减少内部碎片，同时增加外部碎片。内部碎片是指分配的内存块中存在空闲或部分使用的空间，这会导致内存利用率低下。

内存管理开销− 非连续分配需要额外的内存管理开销，例如数据结构维护、地址转换等，以跟踪已分配的内存块、它们的位置以及进程与内存的映射关系。

内存外部化− 在几种非连续内存分配技术中，例如分页或分段，可能会发生内存外部化。

结论

操作系统使用非连续内存分配的内存管理策略来为进程分配内存。它有很多优点，例如有效的内存管理、灵活地为不同大小的进程分配内存、动态内存管理以及更少的外部碎片。

但是，非连续分配也有一些缺点。它可能需要将内存外部化到辅助存储器，导致内部碎片，增加内存管理开销，并导致更长的内存访问时间。