Linux学习笔记-伙伴算法

一.为什么要有伙伴算法？
伙伴算法是Linux系统一种管理内存的分配器，为了减少内存碎片而设计。伙伴算法拥有两个关键特征:速率和效率。
二.伙伴算法是什么?

• 伙伴算法把所有的空闲页框分为11块链表,每块链表分别包含大小为1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,和1024个连续页框的页框块。
• 我们可以通过查看文件，获取相应的信息

#define MAX_ORDER 11
#define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << (MAX_ORDER -1 ))

伙伴系统在内存中的布局

• 不同的大小的块在不同的链表之间，是不会有重叠的。当一个需求为4个连续页面时候，检查每个结点大小为4页面的块的链表如果其中有空闲的块，分配给用户，不然向下一个级别的链表中查找。若下一级别存在空闲块，将该页面块分裂，一块分配出去，另外一块交给4页面的链表进行合并

• 在分配内存时，首先从空闲的内存中搜索比申请的内存大的最小的内存。如果内存块存在，则进行标记为“已用”。同时将内存分配给应用程序。如果不存在，往下一级链表寻找，平分为两部分，一部分给程序使用，另一部分合并
• 当程序释放内存，操作系统会将内存回收，然后检查与该内存相邻的内存是不是同样大小并且没有被使用，如果存在，则进行合并。
• 我们可以通过查看

   struct free_area{
   		struct list_head free_list[MIGRATE_TYPES];
   		unsigned long nr_free;	
   }

• nr_free 指定了当前内存区中的空闲页面的数目,free_list用于连接空闲页的链表
• 不论申请还是回收内存，算法都会来查找当前链表有没有空闲页存在。

三.伙伴算法的优缺点

优点:

• 较好的解决外部碎片问题
• 针对大内存来进行分配
• 只要请求的块不超过512页面，内核就分配连续的页面

缺点：

• 合并要求太过严格，符合伙伴关系的块才可以合并
• 减少外部碎片的代价是以产生内部碎片为代价
• 内存块的一个页面被占用，导致整块的内存区都不具备合并的条件