Linux内存管理(4)：Buddy分配器

张帅峰_

已于 2023-10-23 15:14:20 修改

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分类专栏： Linux内核/驱动文章标签： Linux

于 2023-10-21 00:00:04 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/zhang_shuaifeng/article/details/133956076

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本文详细介绍了Linux内核中的Buddy分配器，主要用于解决内存碎片问题。Buddy系统通过分区页帧分配器处理动态内存分配和释放请求，以伙伴系统为基础，根据请求大小在不同级别的链表中分配或合并内存块。文章还探讨了数据结构，如zone::free_area，以及分配页的主要API和核心函数解析。

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一、从内存碎片的角度理解内存管理

内存管理的一个重要目标是尽量消除内存碎片。包括外碎片(虽然空闲页面很多，但是零散地分布在各个地方，可能导致无法分配大片的连续页，这些零散分布的页面就是外碎片)和页碎片(指的是页面内部的碎片，内存的分配以页面为基本单位，但一个页面中真正使用的内容不多，剩余浪费的部分就是碎片)。

其中解决外碎片的方法有三种：第一种方法是记录现存的连续空闲页帧块，同时尽量避免为满足小块的内存请求而分割大的空闲块，从而避免外碎片的产生。第二种方法是内存规整(Memory Compaction)，是基于内存迁移的碎片整理方法，是第一种方法的补充(不能独立于第一种方法，并且依赖配置项CONFIG_COMPACTION)。第三种方法是允许外碎片的产生，但是通过页表将散列的页帧映射到连续的虚拟地址，这样的话虽然物理地址不连续，但虚拟地址仍然是一整块。

在Linux内核中上面提到的解决内碎片方法就是经常说的SLAB/SLOB/SLUB算法。解决外碎片的第一种方法(包括第二种方法)就是伙伴系统(Buddy System)算法；解决外碎片第三种方法则是非连续内存映射。本节主要介绍伙伴系统(其中SLAB/SLOB/SLUB系统，以及非连续内存映射的底层物理内存分配都是基于伙伴系统)。

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