linux内存管理之伙伴系统分析(大内存分配)

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在内核模块的编写中,我们用alloc_page()/alloc_pages()来分配大内存(超过一个页面,即4K).用free_page()/free_pages()来释放用前者分得的内存.今天我们就来分析一下,在linux内核中大内存分配的实现.

跟以往一样.本文的代码分析是基于linux 2.6.9的

本文档包括：

一：准备知识

二：有关的数据结构

三：alloc_pages()/alloc_page 实现分析

四：free_pages()的相关实现

五：总结

一:准备知识:

一个操作系统的内存管理方式很大程度上决定了它的效率,时间与空间的对立统一在内存管理上体现得最为明显,首先,分配/释放内存是一个发生频率很高的操作,所以它要求有一定的实时性,另外,内存又是一种非常宝贵的资源.所以要尽量减少内存碎片的产生.

     Linux采用了伙伴系统算法来管理内存,即把内页按2^0,2^1,2^2…2^10大小进行分组.每次分配内存时,从相应大小的池中分配内存,然后再把余下的内存分配给它的下一级缓存池.

如下图所示:

 

       关于分配位图:

         在linux中,每一个大小的缓存池都对应一个位图,然后,位图中的每一位对应一对空闲区的空闲标志.每分配一个分配区,都对相应的位图取反.例如:位图管理A,B两个分配块.初始化的时候,该位图置为0.此时,若把A分配出去,更新位图为1.若再把B分配出去,再取反,变为了0.仔细思考,不难发现有以下规律:

若位图为0:表示两个分配块都空或者都已经分配出去.

若位图为1:表示其中有一个已经分配出去,有一个空闲

特别的,关于分配位图,有几点值得注意的地方:

1:位图的大小只跟总内存有关,跟当前缓存池的空闲内存无关.

例如:总内存为4M的系统.总共有4M/4K = 1024个页

那对应的.

2^0位图有1024/1/2 512项

2^1位图有1024/2/2= 256项

……

2^10位图有1024/2^10/2 1项

(除以2是因为1位表示二个页面)

2:为什么一位要管理一对内存呢?其实这是为了更好的管理伙伴系统而设计的,当然,也有减少位图大小的因素

如下图所示