9 内存管理之连续内存分配
在上一篇中，我们讨论了内存管理的基本概念，包括内存的定义、作用以及分类等。在这篇文章中，我们将深入探讨一个重要的内存管理技术：连续内存分配。这种分配方式在操作系统中占有重要地位，尤其是在程序的运行过程中如何高效地利用内存空间。
连续内存分配的概念
连续内存分配是指将计算机内存划分为固定大小的块或连续的地址空间，分配给正在执行的程序或进程。这种方式要求每个进程在内存中占据一个连续的空间，从而确保进程可以有效地访问其数据和指令。
连续内存分配的类型
我们可以将连续内存分配分为以下几种主要类型：
静态分配：在编译时确定内存大小和位置，适用于那些内存需求是已知的情况。
动态分配：在程序运行时，根据需要动态分配内存，适合需要灵活管理内存的情况。
例子
假设我们有一个系统，两个程序 A 和 B 需要被加载。程序 A 需要 100 KB 的内存，而程序 B 需要 150 KB。下面是两种分配方式的表现：
静态分配：系统在启动时为程序 A 分配 100 KB，随后为程序 B 分配 150 KB，假设 A 在内存中的起始地址是 0，那么 B 的起始地址是 100 KB。
动态分配：当程序 A 运行时，操作系统根据其请求动态分配内存空间。若此时 A 运行结束，操作系统可以回收其占用的内存供后续的其他程序使用。
连续内存分配的优缺点
优点
简洁高效：连续内存分配简单易懂，内存访问速度快，因为连续的地址空间有助于CPU的缓存和预测机制。
直接寻址：通过一个基地址和一个偏移量即可快速访问数据，无需进行复杂的地址转换。
缺点
内存碎片：随着程序的动态加载和卸载，经常会出现内存碎片问题（即，虽然总的内存空间足够，但因为分散，小块空间不能有效利用）。例如，如果程序 A 卸载后只留下 50 KB 的间隙，后续请求 60 KB 内存的程序将无法成功分配。
灵活性差：如果需要的不确定或变化，固定的连续内存分配可能导致内存的浪费或不足。
内存分配算法
为了解决内存碎片的问题，系统常用以下几种内存分配算法：
首次适应算法（First-Fit）：从内存的开始处查找第一个合适的空闲块，并分配给请求的程序。
最佳适应算法（Best-Fit）：查找最小足够的空闲块，以减少分割导致的空间浪费。
最坏适应算法（Worst-Fit）：查找最大的空闲块，认为这样能为后续分配留出更多空间。
假设我们有如下的内存区段：
1 | [100 KB 空闲][200 KB 程序 A][50 KB 空闲][150 KB 程序 B][25 KB 空闲] |
计算实例
如果程序 C 请求 75 KB 的内存，使用上述算法的分配结果如下：
- 首次适应：将内存分配给 150 KB 的空闲区，未能成功。
- 最佳适应：将分配给 100 KB 的空闲区。
- 最坏适应：从剩余 200 KB 的空闲区中分配。
小结
在这一篇中，我们详细探讨了连续内存分配的概念、优缺点及其常用的分配算法。了解这些内容是后续学习内存管理的基础。在下一篇文章中，我们将讨论虚拟内存的概念及其与连续内存分配的关系，如何克服连续分配中遗留的问题。通过对比，我们将更加深入理解操作系统是如何实现高效的内存管理的。
9 内存管理之连续内存分配
