Linux当中的物理内存管理——伙伴系统以及slab分配器

在Linux当中，物理内存的划分之前已经写过一篇了，今天来讲讲内存的具体分配
首先，内存被分成一个一个的节点，每个节点由不同的区域组成，当在区域内部需要使用物理内存的时候，就是今天要讲的伙伴系统登场的时候了。
首先，各个内存区域的空闲可用物理内存被分割成一个一个的链表，每个链表当中的元素表示的空闲页的大小都是相同的，且都是2的整数次幂，这一个个的链表，就按照整数次幂(之后叫order)的大小排列在一个数组当中。
当系统需要分配一个大小为k的空间的时候，会先将k按照2^order对其，之后就会先从本地节点上，按照order从小到达的次序去遍历各个链表，直到找到刚好匹配。如果没有刚好匹配，则需要在更大的链表上拿下一个更大块的内存，取出自己需要的之后，还要将剩下的部分塞回到对应order的链表之上。如果当前节点的所有链表均没有匹配，则需要在其他节点上“远程调度”，这种情况对应的消耗会比较大。
以上就是简单的讲述了伙伴系统的功能，其分配的基本单位是页，一般为4k

由于buddy-system的基本单位为4k，但是内核当中的数据结构没有那么大，而且频繁分配释放也会造成大量不必要的消耗，这时候就需要slab分配器出场了(它在嵌入式的兄弟叫slob，大型机上的兄弟较slub)，其实slab的功能不仅仅是一个分配器，也是一个缓存管理器，其运行在伙伴系统之上。我们熟知的task_struct等很多内核结构都是由它来管理的。

当我们要申请一个slab缓存的时候，需要制定要缓存的固定类型，比如task_struct，这样，当slab拿到物理内存的时候，它就会把整块的内存排好，只用于存放task_struct，其他的数据类型也一样，另外，所有的slab缓存是通过链表连在一起的。
当确定了slab缓存的类型之后，它就会根据固定类型的数据长度，选取对齐位置，选择和是的padding进行对其，这个padding可以用来设置一些下一个空闲量偏移之类的东西。


这样，当内核需要用到某一种数据类型的时候，就会先根slab去要，slab如果没有，slab就会去找buddy-system，拿到物理内存之后，就按照请求划分，返回调用方想要的。
如果是释放固定的类型，也不是直接返还给物理内存，slab依旧持有，方便下一次调用的是时候，直接从缓存拿，而较少调用buddy-system的次数