linux内存管理---伙伴系统算法

最新推荐文章于 2024-07-24 21:01:04 发布

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#内存管理 #linux #伙伴系统算法

伙伴系统算法是Linux内核中用于内存分配的一种高效策略。它通过将内存块分为2的幂次方大小，并确保满足特定条件的块成为伙伴来分配和释放内存。在分配时，算法会寻找最接近的2的幂次方大小的空闲块，并可能通过拆分或合并来满足请求。释放内存时，伙伴系统尝试合并相邻的空闲块以减少碎片。虽然该算法提高了空间利用率，但存在不能合并非伙伴块、浪费内存及较高算法开销等缺点。

伙伴系统算法：

该算法用于分配内存，一个合理的分配内存算法应当拥有这两部分：

分配内存
释放内存

符合以下三个要求的就算是伙伴：

两个块的大小相同
两个块的地址连续
两个块必须是从同一个大块分离出来的

原理：

linux把每个zone分成MAX_ORDER个free_area，每个free_are的大小是2的幂次方。MAX_ORDER的值为11，第0组大小为2^0个页，第1组大小为2^1个页，依次类推，最大的是2^10个页，即1024*4KB=4MB。同样大小的块形成一个链表。每个free_area都维护了一个位图，该位图表示所有的空闲块，有n个空闲块，则有n/2位，每位对应两个伙伴块，为0代表两块都空闲，为1表示其中一块忙。在每次分配或者释放时，都要进行异或运算，意思是，初始阶段两块都空闲，值为0；使用了其中一块之后，值异或为1；另外一块如果也使用了，值异或为0；其中一块释放两，值异或为1；两块都释放了，异或为0。

有关结构体：

struct free_area
{
    struct list_head free_list; //每个free_area链表的头结点
    unsigned long    nr_free;   //空闲链表的数量
};
struct zone
{
    ....
    struct free_area free_area[MAX_ORDER];
    ....
}