什么是内存碎片？

Question

我听说过在 C++ 动态内存分配的上下文中多次使用“内存碎片”这个术语。我发现了一些关于如何处理内存碎片的问题，但找不到处理它本身的直接问题。所以：

• 什么是内存碎片？
• 如何判断内存碎片是否是我的应用程序的问题？什么样的程序最容易受到影响？
• 处理内存碎片的常用方法有哪些？

还：

• 我听说大量使用动态分配会增加内存碎片。这是真的？在 C++ 的上下文中，我了解所有标准容器（std::string、std::vector 等）都使用动态内存分配。如果在整个程序中使用这些（尤其是 std::string），内存碎片是否更有可能成为问题？
• 如何在 STL 繁重的应用程序中处理内存碎片？

原文由 AshleysBrain 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

想象一下，你有一个“大”（32 字节）的可用内存：

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|                                |
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现在，分配其中的一些（5 个分配）：

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|aaaabbccccccddeeee              |
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现在，释放前四个分配，但不释放第五个：

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|              eeee              |
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现在，尝试分配 16 个字节。哎呀，我不能，即使有几乎两倍的免费。

在具有虚拟内存的系统上，碎片问题比您想象的要小，因为大分配只需要在 虚拟 地址空间中是连续的，而不是在 物理 地址空间中。所以在我的例子中，如果我有一个页面大小为 2 个字节的虚拟内存，那么我可以毫无问题地分配我的 16 个字节。物理内存如下所示：

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|ffffffffffffffeeeeff            |
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而虚拟内存（更大）可能如下所示：

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|              eeeeffffffffffffffff
------------------------------------------------------...

内存碎片的典型症状是您尝试分配一个大块并且您不能，即使您似乎有足够的可用内存。另一个可能的后果是进程无法将内存释放回操作系统（因为它从操作系统分配的每个大块，用于 malloc 等进行细分，都有一些东西留在里面，即使每个块的大部分现在都未使用）。

C++ 中防止内存碎片的策略是根据对象的大小和/或预期的生命周期从不同的区域分配对象。因此，如果您要创建大量对象并稍后将它们全部销毁，请从内存池中分配它们。您在它们之间进行的任何其他分配都不会来自池，因此不会位于它们之间的内存中，因此内存不会因此而碎片化。或者，如果您要分配大量相同大小的对象，则从同一个池中分配它们。然后，池中的一段可用空间永远不会小于您尝试从该池分配的大小。

通常你不需要太担心它，除非你的程序是长时间运行的并且做了很多分配和释放。当您同时拥有短寿命和长寿命对象时，您的风险最大，但即便如此， malloc 也会尽最大努力提供帮助。基本上，忽略它，直到您的程序分配失败或意外导致系统内存不足（在测试中抓住这一点，优先考虑！）。

标准库并不比其他分配内存的库差，标准容器都有一个 Alloc 模板参数，如果绝对必要，您可以使用它来微调它们的分配策略。

原文由 Steve Jessop 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 2

可以在此处找到有关内存碎片的非常详细的答案。

http://library.softwareverify.com/memory-fragmentation-your-worst-nightmare/

这是我在 softwareverify.com 上向人们询问有关内存碎片问题的 11 年内存碎片答案的结晶

原文由 Stephen Kellett 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议