linux什么是伙伴系统
linux什么是伙伴系统详细介绍
在 Linux 操作系统里，伙伴系统（Buddy System）是一种用于管理物理内存的分配与回收机制，它由 Knuth 提出，主要用于应对外部碎片问题，以高效地管理内存块。以下为你详细介绍伙伴系统：
基本原理
伙伴系统以固定大小的内存块为管理单位，这些内存块的大小通常为 2 的幂次方，如 1、2、4、8、16 个页面等。当有内存分配请求时，系统会寻找大小合适的内存块来满足需求；若请求释放内存，系统会检查相邻的内存块是否可以合并成更大的内存块，以此减少内存碎片。
内存块分配
- 请求分配：当收到一个内存分配请求时，系统会先找到满足请求大小的最小 2 的幂次方的内存块。例如，若请求分配 10 个页面，系统会分配 16 个页面的内存块。
- 分割操作：如果没有恰好合适大小的内存块，系统会从更大的内存块中分割出所需大小的内存块。比如，若需要 16 个页面的内存块，但只有 32 个页面的内存块可用，系统会将 32 个页面的内存块分割成两个 16 个页面的内存块，一个用于分配，另一个保留在相应的空闲列表中。
内存块回收
- 合并操作：当释放一个内存块时，系统会检查其相邻的内存块（即伙伴）是否也处于空闲状态。如果是，则将它们合并成一个更大的内存块。这个过程会持续进行，直到无法再合并为止。
- 伙伴判断：在伙伴系统中，两个内存块被认为是伙伴的条件是它们的大小相同，并且它们的物理地址是连续的，而且它们的起始地址可以通过特定的位运算得到。
优点
- 高效性：伙伴系统的分配和回收操作都非常快速，因为它只需要进行简单的位运算和链表操作。
- 减少外部碎片：通过合并相邻的空闲内存块，伙伴系统可以有效地减少外部碎片的产生，提高内存的利用率。
缺点
- 内部碎片：由于内存块的大小是 2 的幂次方，当请求的内存大小不是 2 的幂次方时，会导致内部碎片的产生。例如，请求分配 11 个页面，系统会分配 16 个页面的内存块，其中有 5 个页面被浪费。
- 不适合小内存分配：对于非常小的内存分配请求，伙伴系统的管理开销相对较大。
代码示例
下面是一个简化的 Python 示例，用于演示伙伴系统的基本原理：
python
运行
self total_pages
selftotal_pages total_pages
selffree_lists _
selffree_listsbit_lengthtotal_pages append
self pages
size
size pages
size
index bit_lengthsize
index selffree_lists selffree_listsindex
index
index selffree_lists
block selffree_listsindexpop
index size
index
buddy block index
selffree_listsindexappendbuddy
block
self block pages
size
size pages
size
index bit_lengthsize
buddy block index
buddy selffree_listsindex
selffree_listsindexremovebuddy
block block buddy
index
selffree_listsindexappendblock
buddy BuddySystem
block1 buddyallocate
block1
block2 buddyallocate
block2
buddydeallocateblock1
994041380047class BuddySystem: = () = .()({}) = .()({}).(, )()
这个示例展示了伙伴系统的基本分配和回收操作，但实际的 Linux 内核实现要复杂得多。