Internal fragmentation ile external fragmentation arasındaki fark nedir? Paging ve segmentation bunları nasıl etkiler?

Internal fragmentation: bir process'e ihtiyacından büyük sabit boyutlu blok verildiğinde bloğun içinde kullanılmayan alan kalmasıdır. External fragmentation: toplamda yeterli boş bellek olduğu hâlde boş alanların dağınık ve bitişik olmaması yüzünden büyük bir isteğin karşılanamamasıdır.

Örnekler

• Internal: sayfa boyutu 4 KB, process 4097 byte istiyor -> 2 sayfa (8 KB) verilir, yaklaşık 4 KB boşa gider.
• External: bellekte 3 adet 10 KB'lık dağınık boşluk var (toplam 30 KB) ama 25 KB'lık bitişik istek karşılanamaz.

Paging ve segmentation

• Paging: fiziksel bellek sabit boyutlu frame'lere bölünür; bir process'in sayfaları herhangi bir boş frame'e yerleşebilir. Bu external fragmentation'ı ortadan kaldırır, karşılığında son sayfada küçük bir internal fragmentation kalır.
• Segmentation: bellek mantıksal birimlere (code, stack, heap) değişken boyutta bölünür; internal fragmentation yoktur ama external fragmentation oluşur.

Uygulama düzeyinde

Uzun süre çalışan sunucularda heap fragmentation bellek kullanımını yavaşça büyütebilir. jemalloc / tcmalloc gibi allocator'lar size class ve arena yaklaşımıyla bunu azaltır. Java/.NET'teki compacting GC'ler nesneleri taşıyarak external fragmentation'ı temizler.

Compaction neden her zaman çözüm değil?

Bellekteki blokları kaydırmak pahalıdır ve adreslerin yeniden haritalanabilmesini (relocation) gerektirir; C gibi ham pointer kullanan dillerde heap compaction yapılamaz.