linux内核管理物理内存的二进制伙伴算法(Binary Buddy Algorithm)

二进制伙伴算法(Binary Buddy Algorithm)是Linux内核用于管理物理内存的一种高效算法。

基本原理

将可用内存划分为2的幂次大小的块。例如大小为4KB、8KB、16KB、32KB等的内存块。每个块都有一个"伙伴"(buddy),两个伙伴合并后可以形成更大的块。

内存分配过程

当需要分配内存时,算法会查找大小刚好满足需求的最小块。
如果没有合适大小的块,它会分割一个更大的块,直到得到所需大小。
分割过程产生的未使用块会被添加到相应大小的空闲列表中。

内存释放过程

当释放一个内存块时,算法会检查它的"伙伴"是否也是空闲的。
如果伙伴是空闲的,则合并这两个块形成一个更大的块。
这个过程会一直持续,直到遇到一个已被使用的伙伴或达到最大块大小。

算法优点

a) 效率高:
分配和释放操作的时间复杂度为O(log n),其中n是内存块的总数。
通过维护不同大小块的空闲列表,可以快速找到合适的内存块。

b) 减少碎片:
通过合并空闲的相邻块,有效减少了内存碎片。

c) 简单易实现:
算法逻辑相对简单,易于在内核中实现和维护。

d) 适应性强:
可以处理各种大小的内存请求,从小到大都能高效处理。

e) 内存利用率高:
虽然可能有一些内部碎片(分配的块可能比实际需要的稍大),但总体上内存利用率很高。

二进制伙伴算法在大多数情况下表现良好,但它也有一些局限性,比如可能产生一定的内部碎片。因此,Linux内核还结合了其他技术(如slab分配器)来进一步优化内存管理。