伙伴系统在 Linux 内存管理中的应用223

伙伴系统是一种内存管理技术，它将可用内存划分为大小相等的块，并以伙伴关系对块进行组织。在 Linux 操作系统中，伙伴系统用于管理物理内存，以支持高效的内存分配和释放。

伙伴系统的工作原理

伙伴系统将内存划分为以 2 的幂为大小的块，称为页面。每个块都有一个伙伴，与它具有相同的大小和地址对齐方式。当需要分配内存时，系统会从伙伴列表中查找与请求大小最匹配的块。如果找到匹配项，则分配该块。否则，系统会查找更大的块，并将其拆分成更小的块，直到找到合适的块。

当释放内存时，系统会将释放的块与它的伙伴合并。如果合并后的块的大小与伙伴列表中的下一个块的大小相等，则它们也会合并。此过程一直持续，直到释放的块与伙伴列表中的最大块合并。

优点

伙伴系统具有以下优点：* 高效的内存分配和释放：伙伴系统能够快速地找到合适的块进行分配，并快速合并释放的块，最大限度地减少内存碎片。
* 低开销：伙伴系统不需要维护复杂的内存映射或查找表，因此其开销很低。
* 支持大块内存分配：伙伴系统可以处理大块内存分配，而无需碎片内存。

缺点

伙伴系统也有一些缺点：* 内部碎片：伙伴系统可能会产生内部碎片，因为分配的块通常比请求的大小要大。
* 缺乏灵活性：伙伴系统不适合分配和释放任意大小的内存块。
* 可能会耗尽内存：在某些情况下，伙伴系统可能会耗尽内存，即使还有可用的物理内存。

在 Linux 中的实现

在 Linux 中，伙伴系统由内核的 Buddy 系统实现。Buddy 系统是一组函数和数据结构，用于管理物理内存。它维护一个伙伴列表，其中包含所有可用内存块的信息。当分配或释放内存时，Buddy 系统会调用伙伴函数来查找或合并块。

伙伴系统的优化

为了提高伙伴系统的性能，Linux 内核中采用了以下优化技术：* 延迟合并：延迟释放的块与它们的伙伴合并，直到系统需要内存时。
* 分区伙伴系统：将内存划分为几个分区，每个分区都有自己的伙伴列表。这可以减少内部碎片，因为可以为不同大小的内存块找到更匹配的块。
* zone 分配器：将内存分成不同的 zone，每个 zone 都有自己的伙伴系统。这允许内核将特定类型的内存分配给特定的任务。

伙伴系统是 Linux 内存管理中的一种关键技术，它支持高效的内存分配和释放。虽然它有一些缺点，但优点通常 outweighs 这些缺点。通过采用各种优化技术，Linux 内核中的 Buddy 系统已经过高度优化，以最大化伙伴系统的性能和效率。

2025-01-06

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