linux夥伴演算法

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它要解決的問題是頻繁地請求和釋放不同大小的一組連續頁框，必然導致在已分配頁框的塊內分散了許多小塊的空閒頁面，由此帶來的問題是，即使有足夠的空閒頁框可以滿足請求，但要分配乙個大塊的連續頁框可能無法滿足請求。

夥伴演算法（buddy system）把所有的空閒頁框分為11個塊鍊錶，每塊鍊錶中分布包含特定的連續頁框位址空間，比如第0個塊鍊錶包含大小為2^0個連續的頁框，第1個塊鍊錶中，每個鍊錶元素包含2個頁框大小的連續位址空間，….，第10個塊鍊錶中，每個鍊錶元素代表4m的連續位址空間。每個鍊錶中元素的個數在系統初始化時決定，在執行過程中，動態變化。

夥伴演算法每次只能分配2的冪次頁的空間，比如一次分配1頁，2頁，4頁，8頁，…，1024頁(2^10)等等，每頁大小一般為4k，因此，夥伴演算法最多一次能夠分配4m的記憶體空間。

兩個記憶體塊，大小相同，位址連續，同屬於乙個大塊區域。（第0塊和第1塊是夥伴，第2塊和第3塊是夥伴，但第1塊和第2塊不是夥伴）

夥伴位圖：用一位描述夥伴塊的狀態位碼，稱之為夥伴位碼。比如，bit0為第0塊和第1塊的夥伴位碼，如果bit0為1，表示這兩塊至少有一塊已經分配出去，如果bit0為0，說明兩塊都空閒，還沒分配。

linux2.6為每個管理區使用不同的夥伴系統，核心空間分為三種區，dma，normal，highmem，對於每一種區，都有對於的夥伴演算法，

1. free_area陣列：

1:  struct zone

2.  zone_mem_map陣列

free_area陣列中，第k個元素，它標識所有大小為2^k的空閒塊，所有空閒快由free_list指向的雙向迴圈鍊錶組織起來。其中的nr_free，它指定了對應空間剩餘塊的個數。

整個分配圖示，大概如下：

比如，我要分配4(2^2)頁（16k）的記憶體空間，演算法會先從free_area[2]中檢視nr_free是否為空，如果有空閒塊，則從中分配，如果沒有空閒塊，就從它的上一級free_area[3]（每塊32k）中分配出16k，並將多餘的記憶體（16k）加入到free_area[2]中去。如果free_area[3]也沒有空閒，則從更上一級申請空間，依次遞推，直到free_area[max_order]，如果頂級都沒有空間，那麼就報告分配失敗。

釋放是申請的逆過程，當釋放乙個記憶體塊時，先在其對於的free_area鍊錶中查詢是否有夥伴存在，如果沒有夥伴塊，直接將釋放的塊插入煉表頭。如果有或板塊的存在，則將其從鍊錶摘下，合併成乙個大塊，然後繼續查詢合併後的塊在更大一級鍊錶中是否有夥伴的存在，直至不能合併或者已經合併至最大塊2^10為止。

核心試圖將大小為b的一對空閒塊（乙個是現有空閒鍊錶上的，乙個是待**的），合併為乙個大小為2b的單獨塊，如果它成功合併所釋放的塊，它會試圖合併2b大小的塊，

核心使用_rmqueue()函式來在管理區中找到乙個空閒塊，成功返回第乙個被分配頁框的頁描述符，失敗返回null。

核心使用

__free_pages_bulk()函式按照夥伴系統的策略釋放頁框。它使用3個基本輸入引數： 

page：被釋放塊中所包含的第乙個頁框描述符的位址。 

zone：管理區描述符的位址。 

order：塊大小的對數。

優點：較好的解決外部碎片問題

當需要分配若干個記憶體頁面時，用於dma的記憶體頁面必須連續，夥伴演算法很好的滿足了這個要求

只要請求的塊不超過512個頁面(2k)，核心就盡量分配連續的頁面。

針對大記憶體分配設計。

缺點：1. 合併的要求太過嚴格，只能是滿足夥伴關係的塊才能合併，比如第1塊和第2塊就不能合併。

2. 碎片問題：乙個連續的記憶體中僅僅乙個頁面被占用，導致整塊記憶體區都不具備合併的條件

3. 浪費問題：夥伴演算法只能分配2的冪次方記憶體區，當需要8k（2頁）時，好說，當需要9k時，那就需要分配16k（4頁）的記憶體空間，但是實際只用到9k空間，多餘的7k空間就被浪費掉。

4. 演算法的效率問題： 夥伴演算法涉及了比較多的計算還有鍊錶和位圖的操作，開銷還是比較大的，如果每次2^n大小的夥伴塊就會合併到2^(n+1)的鍊錶佇列中，那麼2^n大小鍊錶中的塊就會因為合併操作而減少，但系統隨後立即有可能又有對該大小塊的需求，為此必須再從2^(n+1)大小的鍊錶中拆分，這樣的合併又立即拆分的過程是無效率的。

夥伴系統演算法

buddy夥伴演算法

Linux夥伴演算法

最近 一由於筆者能力有限，文中難免存在不足，如果發現錯誤之處，希望能幫助我及時糾正錯誤之處。1 夥伴演算法的用途 管理物理記憶體，解決外碎片問題。2 滿足以下條件的兩個塊稱為夥伴 l 兩個塊具有相同的大小，記作b l 它們的實體地址是連續的 l 第一塊的第乙個頁框的實體地址是2 b 2 12 的倍數...

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