Linux 2.6 核心閱讀筆記 記憶體管理

標籤：style   使用   os   io   2014   問題   linux   演算法   

2014年7月29日 buddy分配演算法

核心需要為分配一組連續的頁框提供一種健壯、高效的分配策略。分配連續的頁框必須解決記憶體管理中的外片段（external fragmentation）。頻繁的請求和釋放不同大小的一組連續頁框，必然導致分配頁框的塊分算來許多小塊的空閑頁框無法被一次性大量分配使用。

linux核心採用著名的夥伴系統演算法來解決外片段問題。該演算法的核心思想是把所有的空閑頁框分成11個鏈塊表。每個鏈塊表的大小分別為1，2，4，8，16，32，64，128，256，512和1024個連續的頁框。

每個塊b可以被分成兩塊b1和b2,假設b1的索引為bi1,b2的索引為bi2，並且由於是塊內頁框是連續的，則可以對bi1進行與(1<<order（2^order為b塊的頁框數）)異或操作得到bi2,bi2也可以通過相同的方式得到bi1。

每個塊的第一個頁框物理地址應該是該塊大小的整數倍。例如大小為16個頁框的塊，其起始地址應該為16*2^12（2^12為一個頁框大小，4K）的倍數。假設要請求256個頁框的塊，演算法先在256個頁框的鏈表中檢查是否有一個空閑塊。如果沒有，尋找下一個更大的頁框，也就是512個頁框的鏈表。如果在512個頁框的鏈表裡存在這樣的塊，就把512個頁框的塊等分成兩分，一份用於滿足請求，一份插入到256個頁框的鏈表中。如果在512個頁框的鏈表裡沒有這樣的塊，就在1024個頁框的鏈表中找。如果1024個頁框的鏈表中有這樣的塊，就把1024個頁框的256個頁用於滿足請求，把剩餘的768個頁框中的512個頁框塊放到大小為512個頁框的鏈表中，並把剩餘的256個頁框塊放入到256個頁框的鏈表中。如果1024個頁框的鏈表裡也沒有這樣的塊，分配失敗，返回NULL。   在釋放的時候通過把頁框的索引進行異或操作得到夥伴的索引,通過將夥伴從它目前所在的鏈表中刪除掉達到和夥伴合并的效果。