理解页内碎片与页外碎片：分页存储管理的关键问题

在操作系统的内存管理中，碎片化（Fragmentation） 是一个影响内存利用率的重要问题。碎片分为两种主要类型：页内碎片（Internal Fragmentation） 和 页外碎片（External Fragmentation）。本文将详细讨论它们的定义、产生原因、影响以及可能的优化策略，帮助读者深入理解分页存储管理中的内存分配机制。

1. 什么是碎片化？

碎片化是指内存中存在许多零散的小块空闲空间，虽然它们的总和可能足够大，但由于不连续或太小而无法被有效利用。碎片化会降低内存利用率，甚至导致内存分配失败。

在分页存储管理（Paging）中，内存被划分为固定大小的 页框（Page Frame），而进程的逻辑地址空间被划分为相同大小的 页（Page）。虽然分页机制极大地减少了外部碎片，但仍然存在内部碎片问题。

2. 页内碎片（Internal Fragmentation）

2.1 定义

页内碎片是指 单个页框内部未被使用的内存空间。由于操作系统以固定大小的页为单位分配内存，而进程的数据段可能无法完全填满整个页，导致页内剩余部分被浪费。

2.2 产生原因

• 固定页大小：例如，页大小为 4KB，但某个进程的