34、内核模块作者的内核内存分配 - 第1部分

内核模块作者的内核内存分配 - 第1部分

1. 不同场景下的内存分配

在了解了算法的基础知识后，我们来考虑几种内存分配的场景，包括简单场景和复杂场景。
- 最简单的情况 ：内核空间的设备驱动程序（或某些核心代码）请求128 KB的内存，从空闲列表数据结构的5阶列表中获得一个内存块。之后，它会使用页面分配器的释放API释放该内存块。该API通过计算阶数，将释放的块放入5阶列表中。
- 更复杂的情况 ：当设备驱动请求128 KB内存时，5阶列表为空。根据页面分配器算法，会检查6阶列表。若6阶列表非空，算法会从该列表中取出一个256 KB的块并将其分成两半。一半（128 KB）给请求者，另一半（128 KB）放入5阶列表。当请求者释放内存块时，算法会先计算其应放入5阶列表，但在放入之前，会查找其伙伴块。若找到伙伴块，会将两者合并成一个256 KB的块，并放入6阶列表，这有助于内存碎片整理。
- 不利的情况 ：当设备驱动请求132 KB的内存块时，由于不能分配小于请求的内存，页面分配器会分配下一个可用的内存块，即7阶的256 KB内存块。但驱动程序只会使用前132 KB，剩余的124 KB被浪费，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。

2. 页面分配器内部细节

在数据结构方面， zone 结构包含一个