Adressraumfragmentierung

Adressraumfragmentierung bezeichnet die Aufteilung des freien Adressraums in mehrere, meist kleine, nicht zusammenhängende Blöcke. In diesem Zustand existiert insgesamt ausreichend freier Adressraum, doch aufgrund der Verteilung fehlen große zusammenhängende Adressräume, die für bestimmte Zuweisungsanforderungen erforderlich sind. Im Gegensatz dazu beschreibt interne Fragmentierung den ungenutzten Platz innerhalb bereits zugewiesener Blöcke, der bei festen Blockgrößen entsteht.

Ursachen liegen in dynamischer Allokation und Freigabe unterschiedlicher Größen, unregelmäßigen Nutzungszeiträumen sowie der verwendeten Allokationsstrategie (zum Beispiel First-Fit, Best-Fit oder Worst-Fit). Die Fragmentierung beeinträchtigt die Fähigkeit, große Objekte oder zusammenhängende Speicherbereiche zu reservieren, was zu ineffizienter Speichernutzung, längeren Suchzeiten und im Extremfall zu Speicherknappheit führen kann. Moderne Systeme reduzieren dieses Problem durch virtuelle Adressräume und Paging, sodass physischer Speicher nicht kontiguent sein muss, sowie durch Speicherverwaltungsstrategien wie Move- oder Kompaktionsverfahren, generational garbage collection oder spezialisierte Allokatoren (z. B. Buddy-System, Slab-Allocators).

Für Programme spielt Adressraumfragmentierung besonders dann eine Rolle, wenn große zusammenhängende Adressräume benötigt werden, etwa für große Arrays oder speicherintensive Operationen. In Sprachen mit beweglichen Objekten wird Fragmentierung häufig durch Objektbewegung beseitigt; in Sprachen wie C/C++ ist sie stärker präsent und erfordert vorsichtige Allokation oder explizite Speicherverwaltung. Die Wahrnehmung der Fragmentierung hängt vom Kontext ab: innerhalb des Adressraums eines Prozesses (In-Process-Fragmentierung) oder über die Adressräume mehrerer Prozesse hinweg (systemweite Fragmentierung).