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参考：分配策略、碎片与伙伴/slab 速查 ​

基于通用操作系统概念 · 核于 2026-08

速查 ​

  • 逻辑地址 vs 物理地址：CPU/程序产生的是逻辑地址（相对程序起点，每进程独立）；内存芯片上的真实地址是物理地址；MMU 翻译。
  • 地址绑定三时机：编译时（绝对代码，不可重定位）< 加载时（加载改绝对，后不动）< 执行时（MMU 动态翻译，可搬移换页，现代 OS）。
  • 连续分配三方案：单一连续分区（单道）< 固定分区（内碎片）< 动态分区（外碎片）。
  • 内部碎片 vs 外部碎片：内=块内浪费（固定分区/伙伴取整，锁死不可用）；外=块间散碎（动态分区，总够但拼不起）。
  • 放置策略：首次适应（最快最常用）、最佳适应（产生极小碎片）、最坏适应（大块迅速耗尽）。
  • 紧凑 compaction：搬移合并，需执行时绑定，停机开销大。
  • 伙伴系统：2 的幂次分配/合并，O(log n)，内碎片最坏 50%，是 Linux 物理页分配器核心。
  • slab：内核同类型小对象池化复用，O(1)，省构造开销；slub/slob 是变体。
  • Linux 分层：伙伴系统（页）→ kmalloc（通用小块 slab）→ 专用 slab 缓存（对象）。

一、连续分配方案对比 ​

方案内存怎么分碎片多道复杂度代表
单一连续分区OS 区 + 一个用户区无（单道）否最简早期单道批处理
固定分区预切固定大小分区内部碎片是O(1)IBM OS/360 MFT
动态分区按需恰好分配外部碎片是O(n) 扫链表早期 Unix

二、地址绑定三时机 ​

时机地址何时定可重定位搬移/换页代表
编译时编译生成绝对地址否不行早期批处理绝对代码
加载时加载时改成绝对加载前可加载后不行可重定位目标码
执行时运行期 MMU 动态翻译随时可以（紧凑/换页）现代 OS（虚拟内存）

三、三种放置策略对比 ​

策略选哪个块优点缺点适用
首次适应第一个够大快，最常用低地址碎片集中通用默认
最佳适应最小的够大省大块极小碎片多，外碎片最重大块稀缺时慎用
最坏适应最大的块减少小碎片大块迅速耗尽极少用

四、碎片类型 ​

内部碎片外部碎片
位置分配块内部空闲块之间
谁产生固定分区、伙伴取整动态分区
能否用不能（锁死块内）理论能（不连续）
解法slab/可变块紧凑 / 分页

五、伙伴系统 vs slab ​

维度伙伴系统slab
管什么物理页框（4KB 起）页内小对象（几十 B 起）
块大小2 的幂次（页的倍数）定长对象槽
复杂度O(log n)O(1)
内碎片有（取整，最坏 50%）几乎无（按对象大小）
用途Linux alloc_pagesLinux kmalloc/专用缓存
复用块级合并对象池化（省构造开销）

六、易错点清单 ​

  • "逻辑地址就是物理地址"：错。逻辑地址是 CPU/程序产生的，物理地址是内存芯片上的，由 MMU 翻译。没有 MMU 的早期裸机才相等。
  • "地址绑定都是执行时"：错。有三种时机——编译时（绝对代码）、加载时（加载改绝对）、执行时（动态翻译）。现代 OS 才用执行时。
  • "内碎片和外碎片是一回事"：错。内=块内浪费（固定分区），外=块间散碎（动态分区）。位置不同。
  • "紧凑（compaction）随时能做"：错。紧凑要求执行时绑定（地址可重定位），且是停机操作开销大。编译时/加载时绑定的进程搬了就地址全错。
  • "最佳适应碎片最少"：错。最佳适应（选最小够大块）恰恰外碎片最严重——每次剩极小一点点不可用。综合最佳是首次适应。
  • "最坏适应浪费最大"：错（针对内碎片而言不适用）。最坏适应的问题是大块迅速耗尽，不是浪费大——它每次切最大块，剩的反而能用。
  • "伙伴系统没有内碎片"：错。伙伴系统向上取整到 2 的幂（要 17KB 给 32KB），内碎片最坏近 50%。
  • "slab 取代了伙伴系统"：错。两者分层协同——slab 向伙伴系统要页建池，管页内小对象；伙伴系统管物理页框。kmalloc 大块仍走伙伴。
  • "伙伴系统分配是 O(1)"：错。分配/合并都是 O(log n)（最多分裂/合并 log n 档）。O(1) 的是 slab。
  • "slab 的小对象每次都重新构造"：错。slab 池化复用——预构造一批对象，分配时取已构造好的，释放时不真析构，省构造开销。
  • "固定分区产生外部碎片"：错。固定分区产生内部碎片（块内浪费）；外部碎片是动态分区的产物。
  • "动态分区没有碎片"：错。动态分区无内碎片但有外碎片（块间散碎凑不成大块）。

七、进阶方向（链接其他叶） ​

权威链接 ​