伙伴算法

通常情况下,一个高级操作系统必须要给进程提供基本的、能够在任意时刻申请和释放任意大小内存的功能,就像malloc 函数那样,然而,实现malloc 函数并不简单,由于进程申请内存的大小是任意的,如果操作系统对malloc 函数的实现方法不对,将直接导致一个不可避免的问题,那就是内存碎片。

内存碎片就是内存被分割成很小很小的一些块,这些块虽然是空闲的,但是却小到无法使用。随着申请和释放次数的增加,内存将变得越来越不连续。最后,整个内存将只剩下碎片,即使有足够的空闲页框可以满足请求,但要分配一个大块的连续页框就可能无法满足,所以减少内存浪费的核心就是尽量避免产生内存碎片。

针对这样的问题,有很多行之有效的解决方法,其中伙伴算法被证明是非常行之有效的一套内存管理方法,因此也被相当多的操作系统所采用。

伙伴算法,简而言之,就是将内存分成若干块,然后尽可能以最适合的方式满足程序内存需求的一种内存管理算法,伙伴算法的一大优势是它能够完全避免外部碎片的产生。什么是外部碎片以及内部碎片,前面博文slab分配器后面已有介绍。申请时,伙伴算法会给程序分配一个较大的内存空间,即保证所有大块内存都能得到满足。很明显分配比需求还大的内存空间,会产生内部碎片。所以伙伴算法虽然能够完全避免外部碎片的产生,但这恰恰是以产生内部碎片为代价的。

Linux 便是采用这著名的伙伴系统算法来解决外部碎片的问题。把所有的空闲页框分组为 11 块链表,每一块链表分别包含大小为1,2,4,8,16,32,64,128,256,512 和 1024 个连续的页框。对1024 个页框的最大请求对应着 4MB 大小的连续RAM 块。每一块的第一个页框的物理地址是该块大小的整数倍。例如,大小为 16个页框的块,其起始地址是 16 * 2^12 (2^12 = 4096,这是一个常规页的大小)的倍数。

下面通过一个简单的例子来说明该算法的工作原理:

假设要请求一个256(129~256)个页框的块。算法先在256个页框的链表中检查是否有一个空闲块。如果没有这样的块,算法会查找下一个更大的页块,也就是,在512个页框的链表中找一个空闲块。如果存在这样的块,内核就把512的页框分成两等分,一般用作满足需求,另一半则插入到256个页框的链表中。如果在512个页框的块链表中也没找到空闲块,就继续找更大的块——1024个页框的块。如果这样的块存在,内核就把1024个页框块的256个页框用作请求,然后剩余的768个页框中拿512个插入到512个页框的链表中,再把最后的256个插入到256个页框的链表中。如果1024个页框的链表还是空的,算法就放弃并发出错误信号。

简而言之,就是在分配内存时,首先从空闲的内存中搜索比申请的内存大的最小的内存块。如果这样的内存块存在,则将这块内存标记为“已用”,同时将该内存分配给应用程序。如果这样的内存不存在,则操作系统将寻找更大块的空闲内存,然后将这块内存平分成两部分,一部分返回给程序使用,另一部分作为空闲的内存块等待下一次被分配。

以上过程的逆过程就是页框块的释放过程,也是该算法名字的由来。内核试图把大小为 b 的一对空闲伙伴块合并为一个大小为 2b 的单独块。满足以下条件的两个块称为伙伴:

  • 两个块具有相同的大小,记作 b
  • 它们的物理地址是连续的
  • 第一块的第一个页框的物理地址是 2 * b * 2^12 的倍数

该算法是迭代的,如果它成功合并所释放的块,它会试图合并 2b 的块,以再次试图形成更大的块。

下面通过一个例子,来深入地理解一下伙伴算法的真正内涵(下面这个例子并不严格表示Linux 内核中的实现,是阐述伙伴算法的实现思想):

假设系统中有 1MB 大小的内存需要动态管理,按照伙伴算法的要求:需要将这1M大小的内存进行划分。这里,我们将这1M的内存分为 64K、64K、128K、256K、和512K 共五个部分,如下图 a 所示


1.此时,如果有一个程序A想要申请一块45K大小的内存,则系统会将第一块64K的内存块分配给该程序(产生内部碎片为代价),如图b所示;

2.然后程序B向系统申请一块68K大小的内存,系统会将128K内存分配给该程序,如图c所示;

3.接下来,程序C要申请一块大小为35K的内存。系统将空闲的64K内存分配给该程序,如图d所示;

4.之后程序D需要一块大小为90K的内存。当程序提出申请时,系统本该分配给程序D一块128K大小的内存,但此时内存中已经没有空闲的128K内存块了,于是根据伙伴算法的原理,系统会将256K大小的内存块平分,将其中一块分配给程序D,另一块作为空闲内存块保留,等待以后使用,如图e所示;

5.紧接着,程序C释放了它申请的64K内存。在内存释放的同时,系统还负责检查与之相邻并且同样大小的内存是否也空闲,由于此时程序A并没有释放它的内存,所以系统只会将程序C的64K内存回收,如图f所示;

6.然后程序A也释放掉由它申请的64K内存,系统随机发现与之相邻且大小相同的一段内存块恰好也处于空闲状态。于是,将两者合并成128K内存,如图g所示;

7.之后程序B释放掉它的128k,系统也将这块内存与相邻的128K内存合并成256K的空闲内存,如图h所示;

8.最后程序D也释放掉它的内存,经过三次合并后,系统得到了一块1024K的完整内存,如图i所示。

https://blog.csdn.net/wenqian1991/article/details/27968779

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/382630.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

C++ 菱形虚继承 通过指针来寻找继承过来的成员变量

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<iostream> using namespace std;//动物类 class Animal { public:int m_Age; //年龄 };//virtual加上后 继承方式 数据虚继承 // Animal类 变为 虚基类 //羊类 class Sheep : virtual public Animal {};//驼 class Tuo : virt…

CRC冗余校验举例和原理

什么是CRC校验&#xff1f;CRC即循环冗余校验码&#xff1a;是数据通信领域中最常用的一种查错校验码&#xff0c;其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查&#xff08;CRC&#xff09;是一种数据传输检错功能&#xff0c;对数据进行多项式计算&#xff0c…

100篇打点!

原创终于到100了&#xff0c;写一篇博客打点。在记录一个很严重的问题&#xff0c;昨天面试&#xff0c;程序的思路都有了&#xff0c;可是在线OJ半天无法将多个字符串输入并保存&#xff0c;遍历。现在记录一下方法&#xff01; #include <stdio.h> #include <stdli…

排序算法1快速排序

文章没有解释和代码注释&#xff0c;代码经改进&#xff0c;做成了好理解,关键是好记忆的方式进行书写。用于自己进行查阅 #include <stdio.h>void sort(int arr[] ,int left ,int right) {if(left > right)return;int i left;int j right;int get arr[right];whi…

C++ 多态原理初步01

当父类 Animal 的speak 前面加上 virtual 关键字之后&#xff0c;这个speak函数就变成了虚函数&#xff0c;Animal类结构发生了变化&#xff0c; 有了一个vfptr &#xff08;虚函数指针&#xff09;&#xff0c;指向了vftable&#xff08;虚函数表&#xff09;, 这个虚函数表里…

排序算法2归并排序

文章没有解释和代码注释&#xff0c;代码经改进&#xff0c;做成了好理解,关键是好记忆的方式进行书写。用于自己进行查阅 #include <stdio.h>void merge(int arr1[],int left ,int mid ,int right) {int temp[sizeof(arr1)];int i left ;int j mid 1;int t 0;while…

C++ 多态之纯虚函数和抽象类01

纯虚函数的语法&#xff0c; virtual void func() 0;如果类中有了纯虚函数&#xff0c; 那么这个类也成为抽象类抽象类无法实例化对象继承了抽象类的子类&#xff0c;必须要重写父类中的纯虚函数&#xff0c;否则的话&#xff0c;子类也是属于抽象类&#xff0c;无法实例化

堆排序面试

#文章没有解释和代码注释&#xff0c;代码经改进&#xff0c;做成了好理解,关键是好记忆的方式进行书写。用于自己进行查阅 #include <stdio.h>void swap(int arr[],int i,int j) {int temp arr[i];arr[i] arr[j];arr[j] temp; }void heapify(int arr[],int i,int si…

C++ 多态之虚析构与纯虚拟购01

class Animal { public:Animal(){cout << "Animal的构造函数调用" << endl;}//虚析构 解决的问题是 当子类中有堆区内容&#xff0c;释放时候对导致释放不干净&#xff0c;内存泄露//virtual ~Animal()//{// cout << "Animal的析构函数调用&…

面向对象与面向过程的本质的区别

https://blog.csdn.net/jerry11112/article/details/79027834 如果你很想搞明白面向对象是什么&#xff0c;面向过程是什么&#xff0c;或者说二者之间的区别是什么&#xff0c;那么就花费一点时间来研读一下这篇博客&#xff0c;你一定会有很大的收获的&#xff01; 一、面向…

C++ 向上转型初步01

1.编译器通过指针来访问成员变量&#xff0c;指针指向哪个对象就使用哪个对象的数据&#xff1b;编译器通过指针的类型来访问成员函数&#xff0c;指针属于哪个类的类型就使用哪个类的函数。 但是父类 函数如果变成虚函数&#xff0c;子类重写了这个函数&#xff0c; 那么现象…

虚函数和纯虚函数详解

https://mp.weixin.qq.com/s?__bizMzAxNzYzMTU0Ng&mid2651289202&idx1&sn431ffd1fae4823366a50b68aed2838d4&chksm80114627b766cf31f72018ef5f1fe29591e9f6f4bd72018e7aea849342ca6f0a271fb38465ae#rd 打开链接看。转载文章&#xff0c;注明出处 <p>学…

C++ 继承中的同名成员的情况01

class Base { public:Base(){this->m_A 100;}void func(){cout << "Base中的Func调用" << endl;}void func(int a){cout << "Base中的Func(int a)调用" << endl;}int m_A; }; class Son : public Base { public:Son(){this-&g…

进程前台运行后台运行的相关命令

command& 让进程在后台运行jobs 查看后台运行的进程fg %n 让后台运行的进程n到前台来bg %n 让进程n到后台去&#xff1b; ctrl z 可以将一个正在前台执行的命令放到后台&#xff0c;并且暂停

西安电子科技大学求职打点

这两天 一直在西安电子科技大学找工作&#xff0c;感觉自己渐渐失去了学习的状态&#xff0c;本来很 多会的知识点都已经不会了。   今天休息一天&#xff0c;没有去招聘会&#xff0c;看了看相关的知识&#xff0c;做了做题。也希望自己尽快恢复学习的感觉&#xff0c;温故…

C++ 泛型编程模板 之 函数模板初步01

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<iostream> using namespace std;void mySwapInt(int &a, int &b) {int temp a;a b;b temp; } void mySwapDouble(double &a, double &b) {double temp a;a b;b temp; } //利用模板实现通用交换函数 temp…

grep参数说明及常用用法

grep参数说明及常用用法 查看文件内容 [koulocalhost ~]$ more size.txt b124230 b034325 a081016 m7187998 m7282064 a022021 a061048 m9324822 b103303 a013386 b044525 m8987131 B081016 M45678 B103303 BADc2345 [] : 查看符合范围内的信息 [koulocalho…

C++ 普通函数与函数模板 区别以及调用规则01

//普通函数 和 函数模板 区别 int myPlus(int a, int b) {return a b; }template<class T> T myPlus2(T a, T b) {return a b; }void test01() {int a 10;int b 20;char c c;cout << myPlus(a, c) << endl; //隐式类型转换 将 char c转为 int类型//myP…

C++ 模板的局限性以及解决01

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<iostream> using namespace std; #include <string>class Person { public:Person(string name, int age){this->m_Name name;this->m_Age age;}string m_Name;int m_Age; };//通过模板进行两个数据比较 templat…

进程的状态与种类

● 运行&#xff1a;正占用处理器   ● 就绪&#xff1a;只要获得处理器即可运行。   ● 阻塞&#xff1a;正等待某个事件&#xff08;如I/O完成&#xff09;的发生。  在不少系统中&#xff0c;还增加了两种基本状态&#xff1a;   ● 新状态&#xff1a;一个进程刚刚…