【Linux内存源码分析】伙伴管理算法(3)

前面分析了伙伴管理算法的初始化,在切入分析代码实现之前,例行先分析一下其实现原理。

伙伴管理算法(也称之为Buddy算法),该算法将所有空闲的页面分组划分为MAX_ORDER个页面块链表进行管理,其中MAX_ORDER定义:

【file:/include/linux/mmzone.h】
#ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
#define MAX_ORDER 11
#else
#define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
#endif

        通常该值都是定义为11,而CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER定义:

【file:/arch/tile/include/asm/page.h】
/*
 * If the Kconfig doesn't specify, set a maximum zone order that
 * is enough so that we can create huge pages from small pages given
 * the respective sizes of the two page types.  See <linux/mmzone.h>.
 */
#ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
#define CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER (HPAGE_SHIFT - PAGE_SHIFT + 1)
#endif

该值具体多少没细入分析。其中tile是指Tilera处理器,顺带介绍一下:Tilera公司是位于硅谷的新创无晶圆半导体公司,该公司创始人之一是麻省理工学院(MIT)教授阿南特·阿加瓦尔(Anant Agarwal),他在2004年创建了该公司,因为在多核技术方面拥有独家的先进技术,该公司曾被美国知名媒体EETIMES评为全球最有希望的60家新兴企业之一。该公司的处理器功耗据说很低,但是性能却是杠杠滴。迄今为止本人还没接触过该公司的处理器,惭愧惭愧,路漫漫其修远兮。

接着,基于MAX_ORDER11的情况,伙伴管理算法每个页面块链表分别包含了:12481632641282565121024个连续的页面,每个页面块的第一个页面的物理地址是该块大小的整数倍。假设连续的物理内存,各页面块左右的页面,要么是等同大小,要么就是整数倍,而且还是偶数,形同伙伴。

其管理起来如图:

伙伴管理算法的释放过程是,满足条件的两个页面块称之为伙伴:两个页面块的大小相同且两者的物理地址连续。当某块页面被释放时,且其存在空闲的伙伴页面块,则算法会将其两者合并为一个大的页面块,合并后的页面块如果还可以找到伙伴页面块,则将会继续与相邻的块进行合并,直至到大小为2^MAX_ORDER个页面为止。

释放如图:

而伙伴管理算法的申请过程则相反,如果申请指定大小的页面在其页面块链表中不存在,则会往高阶的页面块链表进行查找,如果依旧没找到,则继续往高阶进行查找,直到找到为止,否则就是申请失败了。如果在高阶的页面块链表找到空闲的页面块,则会将其拆分为两块,如果拆分后仍比需要的大,那么继续拆分,直至到大小刚好为止,这样避免了资源浪费。

具体的申请如图:

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