[linux内存]伙伴系统学习笔记（一）——概念

1,伙伴系统的作用：
 伙伴系统主要是为了高效使用物理内存，尽量减少内存碎片的产生
 
2，伙伴系统的概念：
 系统中的内存总是两两分组，每组中的两个内存块称为伙伴
 
3，伙伴系统的原理：
  伙伴系统是相对于struct zone而言，将每个zone的空闲内存分为最多11个数组，比如第一个数组里管理着2^0页的内存，所有这些2^0的页以struct page的lru域的双向链表相连接，第二个数组管理着2^1页的内存，所有这些2^0的页以struct page的lru域的双向链表相连接，以此类推，。。。。。当要申请一个4k（即2^0页）的内存时，则直接从第一个数组申请，如果第一个数组没有空闲内存，则将第二个数组的2^1的页分解为两个2^0的页以供申请。
 
4，伙伴系统的相关数据结构
  伙伴系统是相对于struct zone而言的，struct zone中的struct free_area是用来描述该管理区伙伴系统的空闲内存块的，

  struct zone {  
    ...  
         ...      
    struct free_area    free_area[MAX_ORDER];  
    ...  
    ...  
}  

  struct free_area {  
    struct list_head    free_list[MIGRATE_TYPES];  
    unsigned long       nr_free;   //该free_area中总共的空闲内存块的数量,单位为页大小
}; 
#define MAX_ORDER 11
#define MIGRATE_TYPES 5

5，防止内存碎片相关：
  用户空间的程序不会碰到内存碎片的问题，因为其内存是通过页表映射的，无论空闲页在物理内存的分配如何，应用程序
看到的内存总是连续的。但是对于内核来说，会经常碰到内存碎片的问题，因为大部分物理内存是线性映射到内核空间的。
  内核将页分为以下三种类型
  不可移动页：在内存中有固定位置，不能移动到其它位置。
  可回收页：不能直接移动，但是其内存可以回收。kswapd守护进程会周期性的回收可回收页的内存。
  可移动页：页可以随意移动，用户空间应用程序的页属于这个类型，属于页表映射的

#define MIGRATE_UNMOVABLE     0  
#define MIGRATE_RECLAIMABLE   1  
#define MIGRATE_MOVABLE       2  
#define MIGRATE_PCPTYPES      3 /* the number of types on the pcp lists */  
#define MIGRATE_RESERVE       3  
#define MIGRATE_ISOLATE       4 /* can‘t allocate from here */  
#define MIGRATE_TYPES         5  

MIGRATE_PCPTYPES是per_cpu_pageset，即用来表示每CPU页框高速缓存的数据结构中的链表的迁移类型数目
MIGRATE_RESERVE是在前三种的列表中都没用可满足分配的内存块时，就可以从MIGRATE_RESERVE分配
MIGRATE_ISOLATE用于跨越NUMA节点移动物理内存页，在大型系统上，它有益于将物理内存页移动到接近于是用该页最频繁地CPU
MIGRATE_TYPES表示迁移类型的数目

当一个指定的迁移类型所对应的链表中没有空闲块时，将会按以下定义的顺序到其他迁移类型的链表中寻找

static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_TYPES-1] = {  
    [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },  
    [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },  
    [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },  
    [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE,     MIGRATE_RESERVE,   MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */  
}; 

6，debug相关：
 有关伙伴系统的当前状态信息可以在/proc/buddyinfo中获取。