为什么64位机器上的内存碎片成为问题？

Question

在32位机器上，每个进程都会获得4GB的虚拟空间。在这种情况下，人们可能会担心由于内存碎片而遇到麻烦。但是，在64位机器上，我们在理论上有一个巨大的可寻址虚拟内存，所以为什么内存碎片仍然是一个问题呢（如果是的话）？

- Raghupathy

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64位操作系统上不是问题。 - Hans Passant

这个评论不应该是一个答案吗？现有的答案似乎暗示它是64位中的一个问题。 - paulm

Answer 1

每个您尝试访问的虚拟地址都会被操作系统映射到物理内存中。物理内存以页面（例如4K大小）分配。如果您成功分配了偏移量为1000000 * n的一字节，并对n从1到1000000进行操作（我想您可以使用mmap完成此操作），那么操作系统将不得不用100万“页面”物理内存来反向支持，大约为4G。这些物理内存将不可用于其他任何用途。如果您连续地分配了这些字节，则只需要大约1M的物理内存（256页）来容纳您的100万个字节。

如果出于合法原因分配了4G空间，然后删除其中一部分，只保留每个页面的一小部分，则可能会遇到类似的问题。由于没有完全空闲的物理页面，操作系统无法实际重复使用释放的内存。这是一个碎片化问题。

理论上，您可以想象虚拟地址1000000和2000000将映射到相同的物理内存页面，从而避免碎片化。但在实践中，虚拟内存映射是基于页面的基础进行的，并有充分的理由。您可以在此处阅读更多相关信息：http://en.wikipedia.org/wiki/Page_table。

- DS.

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既然64位有一个疯狂的虚拟地址空间，那么这些都无关紧要了吗？除非你有TB级别的内存并且一直使用50TB这样的量级？ - paulm

请仔细阅读：它解释了为什么在出现碎片化时会浪费物理页面。 - DS.

是的，但问题是“为什么在64位机器上内存碎片化是一个问题？”所以答案的开头肯定应该是“不是”。 - paulm

你没有理解重点：内存碎片化在64位机器上和32位机器上一样严重。位数决定了虚拟地址空间的可能大小，而内存碎片化的危险是浪费物理内存（在64位机器上和32位机器上一样有限）。 - DS.

我感到困惑，在Windows上我认为只有在虚拟地址空间过于碎片化时才会出现问题，而这在64位系统上几乎是不可能的。 - paulm

Answer 2

考虑到所有这些内存都是“浪费”的，可以考虑一个应用程序，其中有很多内部碎片。由于工作集现在在内存中分散，因此该过程需要更多的内存页面，这意味着它的内存占用量要高得多。如果该应用程序正在争夺 RAM 中的物理插槽（对于典型家庭设置，计算机仍然只有约 4-8 GB 的 RAM），则会导致更多的页面交换。通常，您希望减少应用程序的内存占用量，以避免内存压力并与其他应用程序竞争。

然而，有些情况下实际上并不重要，使用额外的一兆字节或者更多并不会对你造成致命的后果，但在更大的应用程序中所有这些都会累加。具体情况取决于你编写代码的目的或项目的目的，是否有必要尽可能地减少碎片化。

- Jesus Ramos

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但是“内存碎片化”怎么办？对此的回应可能涉及如何将malloc、操作系统和硬件因素纳入到分配和映射虚拟内存中... - user166390

@pst 从我理解的问题来看，似乎只是在询问后果，而不是事情是如何发生的（虽然我可能读错了）。 - Jesus Ramos