buddy算法...

2026-08-19 01:22:36 +08:00 · 2016-08-12 21:20:45 +08:00
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-服务器体系与共享存储器架构
-=======
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-| 日期 | 内核版本 | 架构| 作者 | GitHub| CSDN |
-| ------- |:-------:|:-------:|:-------:|:-------:|:-------:|
-| 2016-06-14 | [Linux-4.7](http://lxr.free-electrons.com/source/?v=4.7) | X86 & arm | [gatieme](http://blog.csdn.net/gatieme) | [LinuxDeviceDrivers](https://github.com/gatieme/LDD-LinuxDeviceDrivers) | [Linux内存管理](http://blog.csdn.net/gatieme/article/category/6225543) |
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-在内核初始化完成之后, 内存管理的责任就由伙伴系统来承担. 伙伴系统基于一种相对简单然而令人吃惊的强大算法.
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-#2	伙伴系统的结构
-------
-
-
-系统内存中的每个物理内存页（页帧），都对应于一个struct page实例, 每个内存域都关联了一个struct zone的实例，其中保存了用于管理伙伴数据的主要数数组
-
-
-```cpp
-//  http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/mmzone.h?v=4.7#L324
-struct zone
-{
-	 /* free areas of different sizes */
-	struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
-};
-```
-
-struct free_area是一个辅助数据结构, 它定义在[include/linux/mmzone.h?v=4.7, line 88](http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/mmzone.h?v=4.7#L88)
-
-```cpp
-struct free_area {
-	struct list_head        free_list[MIGRATE_TYPES];
-unsigned long           nr_free;
-};
-```
-
-| 字段 | 描述 |
-|:-----:|:-----:|
-|  free_list | 是用于连接空闲页的链表. 页链表包含大小相同的连续内存区 |
-| nr_free | 指定了当前内存区中空闲页块的数目（对0阶内存区逐页计算，对1阶内存区计算页对的数目，对2阶内存区计算4页集合的数目，依次类推 |
-
-
-阶是伙伴系统中一个非常重要的术语. 它描述了内存分配的数量单位. 内存块的长度是2order，其中order的范围从0到MAX_ORDER, 参见[include/linux/mmzone.h?v=4.7, line 22](http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/mmzone.h?v=4.7#L22)
-
-```cpp
-/* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
-#ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
-#define MAX_ORDER 11
-#else
-#define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
-#endif
-#define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << (MAX_ORDER - 1))
-```
-
-
-该常数通常设置为11，这意味着一次分配可以请求的页数最大是2^11=2048
-
-但如果特定于体系结构的代码设置了FORCE_MAX_ZONEORDER配置选项, 该值也可以手工改变
-
-例如，IA-64系统上巨大的地址空间可以处理`MAX_ORDER = 18`的情形，而ARM或v850系统则使用更小的值(如8或9). 但这不一定是由计算机支持的内存数量比较小引起的，也可能是内存对齐方式的要求所导致
-
-或者可以参考arm体系结构的Kconfig配置文件的描述
-
-```cpp
-config FORCE_MAX_ZONEORDER
-int
-default "14" if (ARM64_64K_PAGES && TRANSPARENT_HUGEPAGE)
-default "12" if (ARM64_16K_PAGES && TRANSPARENT_HUGEPAGE)
-default "11"`
-```
-
-free_area[]数组中各个元素的索引也解释为阶，用于指定对应链表中的连续内存区包含多少个
-页帧。第0个链表包含的内存区为单页（20=1），第1个链表管理的内存区为两页（21=2），第3个管理
-的内存区为4页，依次类推。
-内存区是如何连接的？内存区中第1页内的链表元素，可用于将内存区维持在链表中。因此，也
-不必引入新的数据结构来管理物理上连续的页，否则这些页不可能在同一内存区中.
-
-图3-22对此给出
-了图示。
+服务器体系与共享存储器架构
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+| 日期 | 内核版本 | 架构| 作者 | GitHub| CSDN |
+| ------- |:-------:|:-------:|:-------:|:-------:|:-------:|
+| 2016-06-14 | [Linux-4.7](http://lxr.free-electrons.com/source/?v=4.7) | X86 & arm | [gatieme](http://blog.csdn.net/gatieme) | [LinuxDeviceDrivers](https://github.com/gatieme/LDD-LinuxDeviceDrivers) | [Linux内存管理](http://blog.csdn.net/gatieme/article/category/6225543) |
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+在内核初始化完成之后, 内存管理的责任就由伙伴系统来承担. 伙伴系统基于一种相对简单然而令人吃惊的强大算法.
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+#2	伙伴系统的结构
+-------
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+系统内存中的每个物理内存页（页帧），都对应于一个struct page实例, 每个内存域都关联了一个struct zone的实例，其中保存了用于管理伙伴数据的主要数数组
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+```cpp
+//  http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/mmzone.h?v=4.7#L324
+struct zone
+{
+	 /* free areas of different sizes */
+	struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
+};
+```
+
+struct free_area是一个辅助数据结构, 它定义在[include/linux/mmzone.h?v=4.7, line 88](http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/mmzone.h?v=4.7#L88)
+
+```cpp
+struct free_area {
+	struct list_head        free_list[MIGRATE_TYPES];
+unsigned long           nr_free;
+};
+```
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+| 字段 | 描述 |
+|:-----:|:-----:|
+| free_list | 是用于连接空闲页的链表. 页链表包含大小相同的连续内存区 |
+| nr_free | 指定了当前内存区中空闲页块的数目（对0阶内存区逐页计算，对1阶内存区计算页对的数目，对2阶内存区计算4页集合的数目，依次类推 |
+
+
+阶是伙伴系统中一个非常重要的术语. 它描述了内存分配的数量单位. 内存块的长度是2order，其中order的范围从0到MAX_ORDER, 参见[include/linux/mmzone.h?v=4.7, line 22](http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/mmzone.h?v=4.7#L22)
+
+```cpp
+/* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
+#ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
+#define MAX_ORDER 11
+#else
+#define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
+#endif
+#define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << (MAX_ORDER - 1))
+```
+
+该常数通常设置为11，这意味着一次分配可以请求的页数最大是2^11=2048
+
+但如果特定于体系结构的代码设置了`FORCE_MAX_ZONEORDER`配置选项, 该值也可以手工改变
+
+例如，IA-64系统上巨大的地址空间可以处理`MAX_ORDER = 18`的情形，而ARM或v850系统则使用更小的值(如8或9). 但这不一定是由计算机支持的内存数量比较小引起的，也可能是内存对齐方式的要求所导致
+
+
+可以参考一些架构的Kconfig文件如下
+
+| arm | arm64 |
+|:----:|:-----:|:-------:|
+| [arch/arm/Kconfig?v=4.7, line 1696](http://lxr.free-electrons.com/source/arch/arm/Kconfig?v=4.7#L1696) | [arch/arm64/Kconfig?v=4.7, line 679](http://lxr.free-electrons.com/source/arch/arm64/Kconfig?v=4.7#L679)
+
+
+比如[arm64体系结构的Kconfig配置文件的描述](http://lxr.free-electrons.com/source/arch/arm64/Kconfig?v=4.7#L679) |
+
+```cpp
+config FORCE_MAX_ZONEORDER
+int
+default "14" if (ARM64_64K_PAGES && TRANSPARENT_HUGEPAGE)
+default "12" if (ARM64_16K_PAGES && TRANSPARENT_HUGEPAGE)
+default "11"`
+```
+
+
+
+
+free_area[]数组中各个元素的索引也解释为阶, 用于指定对应链表中的连续内存区包含多少个页帧.
+
+*	第0个链表包含的内存区为单页($2^0=1$)
+
+*	第1个链表管理的内存区为两页($2^1=2$)
+
+*	第3个管理的内存区为4页, 依次类推.
+
+
+内存区是如何连接的?
+
+内存区中第1页内的链表元素, 可用于将内存区维持在链表中。因此，也不必引入新的数据结构来管理物理上连续的页，否则这些页不可能在同一内存区中. 如下图所示
+
+
+![伙伴系统中相互连接的内存区](../images/buddy_node_connect.png)
+
+
+伙伴不必是彼此连接的. 如果一个内存区在分配其间分解为两半, 内核会自动将未用的一半加入到对应的链表中.
+
+如果在未来的某个时刻, 由于内存释放的缘故, 两个内存区都处于空闲状态, 可通过其地址判断其是否为伙伴. 管理工作较少, 是伙伴系统的一个主要优点.
+
+基于伙伴系统的内存管理专注于某个结点的某个内存域, 例如, DMA或高端内存域. 但所有内存域和结点的伙伴系统都通过备用分配列表连接起来.
+
+下图说明了这种关系.
+
+![伙伴系统和内存域／结点之间的关系](../images/buddy_and_node_zone.png)
+
+
+最后要注意, 有关伙伴系统和当前状态的信息可以在/proc/buddyinfo中获取
+
+![伙伴系统和当前状态的信息](../imaes)
+
+上述输出给出了各个内存域中每个分配阶中空闲项的数目, 从左至右, 阶依次升高. 上面给出的信息取自4 GiB物理内存的AMD64系统.
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+#3	避免碎片
+-------
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