内存分段是如何产生内存碎片的

内存分段

程序包含若干个逻辑分段，如可由代码段、数据段、栈段、堆段组成，每个分段都有不同的属性，所以内存以分段的形式把这些段分离出来进行管理

在内存分段方式下，虚拟地址和物理地址是如何映射的？

分段管理下的虚拟地址由两部分组成，段号和段内偏移量

通过段号映射段表的项

从项中获取到段基地址

段基地址+段内偏移量=使用的物理内存

通过上述知道了，使用段号去映射段表的项，使用项中的段基地址与偏移量计算出物理内存地址，但实际上，分段方式会把程序的虚拟地址分为4段，每个段在段表中有一个项，在这一项找到段的基地址，再加上偏移量计算出物理内存地址

分段的方式，很好的解决了，程序本身不需要关心具体物理内存地址的问题，但是它仍有不足之处：

内存碎片的问题

内存交换的效率低的问题

接下来对这两个问题进行分析

分段方式是如何产生内存碎片的？

在说内存碎片之前，还是先弄明白，什么是内存碎片？，8个人去外面吃饭，因为饭点原因，人比较多，剩下的都是4人小餐桌，这些4人小餐桌就是我们所说的内存碎片，此时会有小伙伴说，把2个4人小餐桌拼凑在一起就解决了这个问题，非常简单，我们把这种方式称为内存碎片整理（涉及到内存交换）。

回到正题，我们来看一例子，假设物理内存只有1GB （1024MB），用户电脑上运行了多个程序：

浏览器占用128MB

音乐软件占用256MB

游戏占用了512MB

这个时候我们关闭浏览器，剩余物理内存1024MB -（256MB+512MB）=256MB。但是这剩余的256MB物理内存不是连续的，被分为了两段128MB，导致没有空间再打开一个200MB的程序，如下图所示

这里的内存碎片问题共有两点：

外部内存碎片，就是多个不连续的小物理内存空间，导致新的程序无法被装载

内部内存碎片，程序所有的内存都被装载进了物理内存，但是程序有部分的内存，可能不经常使用，造成内存的浪费

解决外部内存碎片的方法就是使用内存碎片整理

内存碎片整理通过内存交换的方式来实现，我们可以把音乐软件占用的256MB加载到硬盘上面去，再从硬盘读取回来，但是读取回来的位置不再是原来的位置，而是紧跟已经占用的游戏512MB后面，这样两个128MB的空闲物理内存就合并成了一个256MB的连续物理内存，于是新的200MB新程序就能被装载进来

内存交换空间，在 Linux 系统里，是我们常看到的 Swap 空间，这块空间是从硬盘划分出来的，用于内存与硬盘的空间交换。

分段方式为什么内存交换效率低？首先分段管理容易造成内存碎片，导致内存交换的频率较高，因为硬盘的访问速度比内存慢太多了，然后每次交换的时候，把一大段连续的内存写入到硬盘，再又从硬盘读取出来，如果交换的是一个占内存空间很大的程序，这样整个机器都会显得卡顿，过程也很慢的，所以说分段方式内存交换效率低。

为了解决内存分段管理造成的内存碎片与内存交换效率低的问题，就出现了内存分页。