伙伴系统

1、伙伴系统

---- 固定分区和动态分区方式都有不足之处。

---- 固定分区方式限制了活动进程的数目，当进程的大小与空闲分区大小不匹配时，内存空间利用率很低。

---- 动态分区方式算法复杂，回收空闲分区时需要进行分区合并等，系统开销较大。

---- 伙伴系统方式是对以上两种内存方式的一种折衷方案。

伙伴系统规定：无论已分配分区或空闲分区，其大小均为2的k次幂，k为整数，1<=k<=m,k大于等于1，小于等于m。

其中：2的1次方表示分配的最小分区的大小，2的m次方表示分配的最大分区的大小，通常2的m次方是整个可分配内存的大小。

2、空间分配

---- 当需要为进程分配一个长度为n的存储空间时，首先计算一个i值，使n大于2^(i-1)次方,小于等于2^i次方，然后在空闲分区大小为2^i的空闲分区

链表中查找。若找到，即把该空闲分区分配给进程。否则，表明长度为2^i的空闲分区已经耗尽，则在分区大小为2^(i+1)的空闲分区链表中寻找。

---- 若存在一个2^(i+1)的空闲分区，则把该空闲分区分为相等的两个分区，这两个分区称为一对伙伴，其中的一个分区用于分配，把另一个加入分区

大小为2^i的空闲分区链表中。若大小为2^(i+1)的空闲分区也不存在，则需要查找大小为2^(i+2)的空闲分区。

---- 若找到一个2^(i+2)的空闲分区，则对其进行两次分割：第一次，将其分割为大小为2^(i+1)的两个分区，一个用于分配，一个加入到大小为2^(i+1)

的空闲分区链表中；第二次，将第一次用于分配的空闲区分割为2^i的两个分区，一个用于分配，一个加入到大小为2^i的空闲分区链表中。

若仍然找不到，则继续查找大小为2^(i+3)的空闲分区，以此类推。

---- 由此可见，在最坏的情况下，可能需要对2^k的空闲分区进行k次分割才能得到所需分区。

3、空间回收

---- 与一次分配可能要进行多次分割一样，一次回收也可能要进行多次合并，如回收大小为2^i的空闲分区，若事先已存在2^i的空闲分区，则应将其与

伙伴分区合并为大小为2^(i+1)的空闲分区，若事先已存在2^(i+1)的空闲分区时，又应继续与其伙伴分区合并为大小为2^(i+2)的空闲分区，以此类推。

---- 在伙伴系统中，其分配和回收的时间性能取决于查找空闲分区的位置和分割，合并空闲分区所花费的时间。

---- 与前几种动态分区分配算法相比较，由于该算法在回收空闲分区时，需要对空闲分区进行合并，所以其时间性能比前面所述的分类搜索法差，

但比顺序搜索法好，而其空间性能则远优于分类搜索法，比顺序搜索法略差。

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在当前的操作系统中，普遍采用的是基于分页和分段机制的虚拟内存机制，该机制较伙伴算法更为合理和高效。

但在多处理机系统中，伙伴系统仍不失为一种有效的内存分配和释放方法，得到了大量的应用。