核心原始碼學習：夥伴演算法
2008-09-14 09:39
1 ．原理
linux的夥伴演算法把所有的空閒頁面分為10個塊組，每組中塊的大小是2的冪次方個頁面，例如，第0組中塊的大小都為20 （1個頁面），第1組中塊的大小為都為21（2個頁面），第9組中塊的大小都為29（512個頁面）。也就是說，每一組中塊的大小是相同的，且這同樣大小的塊形成乙個鍊錶。
我們通過乙個簡單的例子來說明該演算法的工作原理。
假設要求分配的塊其大小為128個頁面（由多個頁面組成的塊我們就叫做頁面塊）。該演算法先在塊大小為128個頁面的鍊錶中查詢，看是否有這樣乙個空閒塊。如果有，就直接分配；如果沒有，該演算法會查詢下乙個更大的塊，具體地說，就是在塊大小為256個頁面的鍊錶中查詢乙個空閒塊。如果存在這樣的空閒塊，核心就把這256個頁面分為兩等份，乙份分配出去，另乙份插入到塊大小為128個頁面的鍊錶中。如果在塊大小為256個頁面的鍊錶中也沒有找到空閒頁塊，就繼續找更大的塊，即512個頁面的塊。如果存在這樣的塊，核心就從512個頁面的塊中分出128個頁面滿足請求，然後從384個頁面中取出256個頁面插入到塊大小為256個頁面的鍊錶中。然後把剩餘的128個頁面插入到塊大小為128個頁面的鍊錶中。如果512個頁面的鍊錶中還沒有空閒塊，該演算法就放棄分配，並發出出錯訊號。
以上過程的逆過程就是塊的釋放過程，這也是該演算法名字的來由。滿足以下條件的兩個塊稱為夥伴：
· 兩個塊的大小相同
· 兩個塊的實體地址連續
夥伴演算法把滿足以上條件的兩個塊合併為乙個塊，該演算法是迭代演算法，如果合併後的塊還可以跟相鄰的塊進行合併，那麼該演算法就繼續合併。
2．資料結構
在6.2.5節中所介紹的管理區資料結構struct zone_struct中，涉及到空閒區資料結構：
free_area_t free_area[max_order];
我們再次對free_area_t給予較詳細的描述。
#difine max_order 10
type struct free_area_struct free_area_t
其中list_head域是乙個通用的雙向鍊錶結構，鍊錶中元素的型別將為mem_map_t(即struct page結構)。map域指向乙個位圖，其大小取決於現有的頁面數。free_area第k項位圖的每一位，描述的就是大小為2k
個頁面的兩個夥伴塊的狀態。如果點陣圖的某位為0，表示一對兄弟塊中或者兩個都空閒，或者兩個都被分配，如果為1，肯定有一塊已被分配。當兄弟塊都空閒時，核心把它們當作乙個大小為2k+1的單獨快來處理。如圖6.9給出該資料結構的示意圖：
圖6.9 夥伴系統使用的資料結構
圖6.9中，free_aea陣列的元素0包含了乙個空閒頁（頁面編號為0）；而元素2則包含了兩個以4個頁面為大小的空閒頁面塊，第乙個頁面塊的起始編號為4，而第二個頁面塊的起始編號為56。
我們曾提到，當需要分配若干個記憶體頁面時，用於dma的記憶體頁面必須是連續的。其實為了便於管理，從夥伴演算法可以看出，只要請求分配的塊大小不超過512個頁面（2kb），核心就盡量分配連續的頁面。
核心原始碼學習 夥伴演算法
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