【Linux 内核 内存管理】分区伙伴分配器 ① ( 分区伙伴分配器源码数据结构 | free_area 空闲区域数组 | MAX_ORDER 宏定义 | 空闲区域的页最大阶数 )

一、分区伙伴分配器

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在前两篇博客

• 【Linux 内核 内存管理】伙伴分配器 ① ( 伙伴分配器引入 | 页块、阶 | 伙伴 )
• 【Linux 内核 内存管理】伙伴分配器 ② ( 伙伴分配器分配内存流程 )

中 , 讲解了 基本 伙伴分配器 概念 , 以及 内存分配流程 ;

分区伙伴分配器概念 : Linux 内核 在 基本 伙伴分配器 基础上 , 增加了对 " 内存节点 “ 和 ” 内存区域 “ 的支持 , 这就是 ” 分区伙伴分配器 “ , 英文名称为 ” Zond Buddy Allocator " ;

分区伙伴分配器 专注于 特定内存节点 的 特定内存区域 ;

" 分区伙伴分配器 " 的特点 :

• 将 物理内存 根据 可移动性 进行了分组 , 防止出现内存碎片 ;
• 优化了 " 单页内存分配 " , 减少了 CPU 之间的 锁竞争 , 在 内存区域 增加 每处理器页集合 ;

二、分区伙伴分配器源码数据结构

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1、free_area 空闲区域数组

内存区域 zone 结构体中的 free_area 成员 , 就是用于维护 空闲页块 的 数组 数据结构 , 该 free_area 数组的 下标索引 对应 页块 阶数 ;

也就是说 free_area[0] 表示的是 $0$ 阶页块 空闲内存 , free_area[2] 表示的是 $2$ 阶页块 空闲内存 ;

struct zone {
    
    
	...
	/* free areas of different sizes */
	struct free_area	free_area[MAX_ORDER];
	...
}

源码路径 : linux-4.12\include\linux\mmzone.h#453

" 内存区域 " struct zone 结构体位置 :

源码路径 : linux-4.12\include\linux\mmzone.h#350

参考 【Linux 内核 内存管理】物理内存组织结构 ④ ( 内存区域 zone 简介 | zone 结构体源码分析 | zone 结构体源码 ) 博客 ;

2、MAX_ORDER 宏定义 ( 空闲区域的页最大阶数 )

struct free_area free_area[MAX_ORDER]; 数组中的 MAX_ORDER 宏定义的值为 $11$ ,

MAX_ORDER 是最大的阶数 $11$ , 伙伴分配器 最大可以分配 $2^{10}$ 页块 , 也就是 $10$ 阶页块 ;

free_area[10] 表示的是 $10$ 阶页块 空闲内存 , 也就是 $2^{10}$ 个页块 ;

#ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER 作用是判定是否定义了 CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER 宏定义 , 该宏定义的作用是 " 指定最大阶数 " , 如果没有指定 , 则指定最大阶数为 $11$ ;

MAX_ORDER 宏定义源码 :

/* 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))

源码路径 : linux-4.12\include\linux\mmzone.h#24