34、页分配器的深入解析与使用

页分配器的深入解析与使用

1. 页分配器的工作原理与优缺点

页分配器（伙伴系统）在内存管理中起着关键作用。它能将合并后的块放入对应顺序的列表中，例如放入顺序 6 的列表，这有助于对内存进行碎片整理。

然而，伙伴系统也存在缺陷。当设备驱动请求的内存大小不是 2 的整数次幂时，就会出现问题。比如，请求 132 KB 的内存块，伙伴系统分配器会分配下一个可用的顺序 7 的内存块，即 256 KB。但驱动程序只会使用前 132 KB，剩下的 124 KB 就被浪费了，这就是内部碎片问题，是二进制伙伴系统的关键缺陷。不过，有一个补丁（通过 alloc_pages_exact() / free_pages_exact() API）可以缓解这个问题。

从数据结构上看， zone 结构包含一个 free_area 结构数组， free_area 结构实现了双向循环链表，用于存储空闲内存页帧，同时记录当前空闲页帧的数量。

// include/linux/mmzone.h
struct zone { 
    [ ... ] 
    /* free areas of different sizes */
    struct free_area free_area[MAX_ORDER];
    [ ... ]
};

struct free_area {
    struct list_head free_list[MIGRATE_TYPES];
    unsigned l