Linux夥伴系統

夥伴系統的概述

linux核心記憶體管理的一項重要工作就是如何在頻繁申請釋放記憶體的情況下，避免碎片的產生。linux採用夥伴系統解決外部碎片的問題，採用slab解決內部碎片的問題，在這裡我們先討論外部碎片問題。避免外部碎片的方法有兩種：一種是之前介紹過的利用非連續記憶體的分配；另外一種則是用一種有效的方法來監視記憶體，保證在核心只要申請一小塊記憶體的情況下，不會從大塊的連續空閒記憶體中擷取一段過來，從而保證了大塊記憶體的連續性和完整性。顯然，前者不能成為解決問題的普遍方法，一來用來對映非連續記憶體線性位址空間有限，二來每次對映都要改寫核心的頁表，進而就要重新整理tlb，這使得分配的速度大打折扣，這對於要頻繁申請記憶體的核心顯然是無法忍受的。因此linux採用後者來解決外部碎片的問題，也就是著名的夥伴系統.

什麼是夥伴系統？

夥伴系統的宗旨就是用最小的記憶體塊來滿足核心的對於記憶體的請求。在最初，只有乙個塊，也就是整個記憶體，假如為1m大小，而允許的最小塊為64k，那麼當我們申請一塊200k大小的記憶體時，就要先將1m的塊**成兩等分，各為512k，這兩分之間的關係就稱為夥伴，然後再將第乙個512k的記憶體塊**成兩等分，各位256k，將第乙個256k的記憶體塊分配給記憶體，這樣就是乙個分配的過程。

1 初始化時，系統擁有1m的連續記憶體，允許的最小的記憶體塊為64k，圖中白色的部分為空閒的記憶體塊，著色的代表分配出去了得記憶體塊。

2 程式a申請一塊大小為34k的記憶體，對應的order為0，即2^0=1個最小記憶體塊

2.1 系統中不存在order 0(64k)的記憶體塊，因此order 4(1m)的記憶體塊**成兩個order 3的記憶體塊(512k)

2.2 仍然沒有order 0的記憶體塊，因此order 3的記憶體塊**成兩個order 2的記憶體塊(256k)

2.3 仍然沒有order 0的記憶體塊，因此order 2的記憶體塊**成兩個order 1的記憶體塊(128k)

2.4 仍然沒有order 0的記憶體塊，因此order 1的記憶體塊**成兩個order 0的記憶體塊(64k)

2.5 找到了order 0的記憶體塊，將其中的乙個分配給程式a，現在夥伴系統的記憶體為乙個order 0的記憶體塊，乙個order 1的記憶體塊，乙個order 2的記憶體塊以及乙個order 3的記憶體塊

3 程式b申請一塊大小為66k的記憶體，對應的order為1，即2^1=2個最小記憶體塊，由於系統中正好存在乙個order 1的記憶體塊，所以直接用來分配

4 程式c申請一塊大小為35k的記憶體，對應的order為0，同樣由於系統中正好存在乙個order 0的記憶體塊，直接用來分配

5 程式d申請一塊大小為67k的記憶體，對應的order為1

5.1 系統中不存在order 1的記憶體塊，於是將order 2的記憶體塊**成兩塊order 1的記憶體塊

5.2 找到order 1的記憶體塊，進行分配  www.2cto.com  

6 程式b釋放了它申請的記憶體，即乙個order 1的記憶體塊

7 程式d釋放了它申請的記憶體

7.1 乙個order 1的記憶體塊**到記憶體當中

7.2由於該記憶體塊的夥伴也是空閒的，因此兩個order 1的記憶體塊合併成乙個order 2的記憶體塊

8 程式a釋放了它申請的記憶體，即乙個order 0的記憶體塊

9 程式c釋放了它申請的記憶體

9.1 乙個order 0的記憶體塊被釋放

9.2 兩個order 0夥伴塊都是空閒的，進行合併，生成乙個order 1的記憶體塊m

9.3 兩個order 1夥伴塊都是空閒的，進行合併，生成乙個order 2的記憶體塊

9.4 兩個order 2夥伴塊都是空閒的，進行合併，生成乙個order 3的記憶體塊

9.5 兩個order 3夥伴塊都是空閒的，進行合併，生成乙個order 4的記憶體塊

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