[动态内存分配] Allocaotrs 3/3 : buddy system

第二个本来要写之前做过的alloc lab，但是粗略看了下感觉代码太晦涩了，结构体都没有，全都是指针操作=-=

直接写buddy system，附上之前做alloc lab时的笔记链接：

https://blog.youkuaiyun.com/RedemptionC/article/details/107368186

buddy system基本特点

根据cs:app,buddy system属于segregated fit的特例，segregated fit的特点是：维护一个空闲链表的数组，每个空闲链表和一个size class相关联，并且组织成某种形式的链表，分配内存时，首先确定请求size对应的size class，使用first fit的策略在对应链表中取一个块，需要的话，对该块进行split，如果该size class对应的链表中没有，那么在下一个更大的size class对应的链表中寻找，如果都没有，就是用sbrk向操作系统请求更多内存，然后把剩下的放进对应size class的链表里

buddy system作为特例的特点是：size class都是2^k,k=0,1,2...

实现

内存布局

大致可以看成上图这种：前面一部分作为allocator的meta data，后面一部分作为真正分配给其他进程的内存

代码如下：

void
bd_init(void *base, void *end) {
  char *p = (char *) ROUNDUP((uint64)base, LEAF_SIZE);
  int sz;

  initlock(&lock, "buddy");
  bd_base = (void *) p;

  /**
   * 首先计算出管理区域对应多少种size，如区域大小为17个单位，那么log2(17)+1=5
   * 向上取整为6，size class 分别为：1，2，4，8，16，24
   */
  // compute the number of sizes we need to manage [base, end)
  nsizes = log2(((char *)end-p)/LEAF_SIZE) + 1;
  if((char*)end-p > BLK_SIZE(MAXSIZE)) {
    nsizes++;  // round up to the next power of 2
  }

  printf("bd: memory sz is %d bytes; allocate an size array of length %d\n",
         (char*) end - p, nsizes);

  /**
   *  分配meta data，放在管理区域的开头，然后指针指向刚分配的末尾
   */
  // allocate bd_sizes array
  bd_sizes = (Sz_info *) p;
  p += sizeof(Sz_info) * nsizes;
  memset(bd_sizes, 0, sizeof(Sz_info) * nsizes);

  /**
   * 初始化每个size class的free list（双向链表，让头节点的前驱后继都指向自己）
   * 分配alloc数组（优化前，bd_sizes[k].alloc[i]代表第k个size class的第i个块的分配状态。优化后，bd_sizes[k].alloc[i]代表第i个块和他的buddy的分配状态的异或结果）
   * 注意这里的alloc数组紧跟在sz info后面（如图）
   * 每个alloc数组的大小由NBLK计算，NBLK(k)=(1 << (MAXSIZE-k)),（注意这里的k是size class，不是真正的块大小），加入maxsize为5，那么k=0时，得到32，2时得到8，5时为1
   * 也就是最大的块只有一块
   * TODO 对齐问题还需要仔细考虑
   */
  // initialize free list and allocate the alloc array for each size k
  for (int k = 0; k < nsizes; k++) {
    lst_init(&bd_sizes[k].free);
    sz = sizeof(char)* ROUNDUP(NBLK(k), 16)/16;
    bd_sizes[k].alloc = p;
    memset(bd_sizes[k].alloc, 0, sz);
    p += sz;
  }

  /**
   * 注意这里的k初始值不是0，而是1，k=0是最小的块，已经无法再分（split），所以不需要对应的split数组
   * 其余的同上，仍然是将每个size class的split数组依次放在之前的alloc数组之后
   */
  // allocate the split array for each size k, except for k = 0, since
  // we will not split blocks of size k = 0, the smallest size.
  for (int k = 1; k < nsizes; k++) {
    sz = sizeof(char)* (ROUNDUP(NBLK(k), 8))/8;
    bd_sizes[k].split = p;
    memset(bd_sizes[k].split, 0, sz);
    p += sz;
  }
.....未完

但是实际要更复杂精妙一点：

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