基于索引搜索的动态分区分配算法

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本文探讨了在中大型系统中提高内存分区分配效率的策略，主要介绍了哈希算法、快速适应算法和伙伴系统。哈希算法利用空闲分区大小构建哈希表，实现快速查找；快速适应算法通过分区分类和索引表减少搜索时间，但归还分区时系统开销大；伙伴系统以2的幂次方为分区大小，通过索引搜索和合并空闲分区提高空间利用率。

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由于当一个系统很大时，系统内的内存分区可能会很多，相应的空闲分区链就可能很长，这时采用顺序搜索分区的方法可能会很慢。为了提高搜索空间的分区的速度，在中大型系统中往往会采用基于索引搜索的动态分区分配算法，比如我们所熟知的哈希算法、快速适应算法以及伙伴系统。

1）哈希算法

由于分类搜索算法和伙伴系统算法中，都是将空闲分区根据分区大小进行分类，对于每一类具有相同大小的空闲分区，单独设立一个空闲分区链表。在为进程分配空间时，需要在每一张管理索引表中查找到所需要的空间大小所对应的表项，从中得到对应的空间内分区链表表头指针，从而通过查找一个空闲分区。如果对空闲分区分类比较细，则相应索引表的表项也就较多，因此会显著的增加搜索索引表的表项的时间开销。

哈希算法就是利用哈希快速查找的优点，以及空闲分区在可利用空闲分区表中的分布规律，建立哈希函数，构造一张以空闲分区大小为关键字的哈希表，该表的每一个表项记录了一个对应的空闲分区链表表头指针。

当进行空闲分区分配时，根据所需要的空闲 分区大小，通过哈希函数计算，即得到在哈希表中的位置，从中得到相应的空闲分区链表，实现最佳分配策略。

2）快速适应算法（分类搜索法）

该算法就是将空闲分区根据容量大小进行分类，对于每一类具有相同容量的所有空闲分区，单独设立一个空闲分区链表，这样的系统中存在多个空闲分区链表。同时，在内存总设立一张管理索引表，其中的每一个索引表项对应了一种空闲分区类型，并记录了该类型空闲分区链表表头的指针。空闲分区的分类是根据进程常用的空间大小进行划分的。

该算法在搜索可分配的空闲分区时分为两步：第一步是根据进程的长度，从索引表中寻找到能容纳它的最小空闲区链表；第二步是从链表中取下第一块进行分配即可。另外，该算法在进行空闲分区分配时，不会对任何分区产生分割，所以能保留大的分区，满足对大空间的需求，也不会产生内存碎片。优点是查找效率高。缺点是在分区归还时的算法复杂，系统开销大。此外，该算法在分配空闲分区时，是以进程为单位的，一个分区只属于一个进程，因此在为进程所分配的一个分区中，或多或少的存在一定的浪费。这是典型的以空间换时间的做法。

3）伙伴系统

该算法规定，无论已分配分区或空闲分区

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