以下是自己今天學習心得：
內存碎片概念：
內存碎片問題分爲內部碎片和外部碎片兩種。
1.內部碎片是由於採用固定大小的內存分區，當一個進程不能完全使用分給它的固定內存區域時，就將該進程分配後剩餘的部分稱爲內碎片。通常內碎片難以避免；
2.外部碎片是由於某些未分配的連續區域太小，不足以爲任意進程分配內存資源的內存塊大小，此時稱這些不可用的內存塊大小爲外部碎片
對於malloc（）等函數，每次申請完內存後都會釋放，但每次釋放的內存大小及釋放時間的不同就會產生內存碎片。比如：在內存單元100的起始地址到內存單元200之間，共申請了100個1字節的空間。在free（）時，釋放了內存地址爲奇數的內存單元（如101,103,105……）而偶數單元不釋放，釋放了50個1字節空間，雖然總空間數爲50字節，但由於這50個1字節空間不連續。當下次要申請2字節的內存單元時，卻無法在100到200的內存地址單元中申請到空間，於是就產生內存碎片問題。
爲什麼會產生內存碎片？
對於內存的分配方法有：連續地址分配、分頁機制和分段機制以及段頁式（網上有很多關於內存地址分配的文章，都很不錯，可以瞭解一下）
連續地址分配：固定分區分配會產生內碎片問題，動態分區分配會產生外碎片問題
分頁機制：相比較固定分配分區，內碎片問題已經明顯減少
分段機制：消除內碎片問題，但會產生外碎片問題
夥伴算法可以解決外碎片問題，其算法思想如下：
無論已經分配的分區還是空閒分區，其大小均爲2的k次冪，k爲整數，1<=k<=m，其中2^1表示分配的最小分區大小，2^m 表示分配的最大分區的大小。在系統開始運行時，整個內存區是一個大小爲2^m的空閒分區，隨着系統運行，空閒區的不斷劃分會形成若干不連續的空閒分區，將這些空閒分區按照分區的大小進行分類，對於每一類具有相同大小的所有空閒分區，單獨成立一個空閒分區雙向鏈表。這樣，不同大小的空閒分區就形成了k（0<=k<=m）個空閒分區鏈表。
當需要爲進程分配一個長度爲n 的存儲空間時，首先計算i 的值，使2^（i-1）< n < 2^ i ，然後在空閒分區大小爲i 的空閒區鏈表中查找。若找到，則把該空閒分區分配給該進程。否則，表明長度爲2^ i 的空閒分區已經耗盡，則在長度爲2^（i+1）的空閒分區鏈表中查找。若存在大小爲2^（i+1）的空閒分區，則將該分區分爲連個大小均爲2^ i 的塊，一個塊分配給該進程，一個塊掛載在長度大小爲2^ i 的空閒分區鏈表中。若大小爲2^（i+1）的空閒分區也已經耗盡，則尋找大小爲2^（i+2）的空閒分區，若找到，則對該分區進行兩次劃分，第一次劃分，將大小爲2^（i+2）的分區分爲兩個大小爲2^（i+1）的空閒分區，一個掛載在大小爲2^（i+1）的空閒分區上，一個再次分割爲兩個大小爲2^ i 的分區，一個掛載在大小爲2^ i 的空閒分區上，一個用於分配給該進程；如果未找到大小爲2^ ( i+2 ) 的空閒分區，則在2^( i+3) 的空閒分區上尋找，一次重複以上步驟，指導找到空閒區
在Linux中將這內存分爲10個空閒分區鏈表，0-9，大小範圍是：2^0 - 2^9
以上過程的逆過程就是夥伴算法的釋放過程，釋放過程需要滿足兩個條件：1.兩個塊具有相同的大小 2.它們的物理地址是連續的
也正是基於以上兩個條件才稱該算法爲夥伴算法
Linux夥伴算法中涉及到的數據結構：
free_area_t free_area[MAX_ORDER];
我們再次對free_area_t 給予較詳細的描述。
#difine MAX_ORDER 10
type struct free_area_struct {
struct list_head free_list
unsigned int *map
} free_area_t
其中list_head域是一個通用的雙向鏈表結構，鏈表中元素的類型將爲mem_map_t(即struct page結構)。Map域指向一個位圖，其大小取決於現有的頁面數。free_area第k項位圖的每一位，描述的就是大小爲2k個頁面的兩個夥伴塊的狀態。如果位圖的某位爲0，表示一對兄弟塊中或者兩個都空閒，或者兩個都被分配，如果爲1，肯定有一塊已被分配。當兄弟塊都空閒時，內核把它們當作一個大小爲2k+1的單獨快來處理
轉自：https://blog.csdn.net/man_lady_horse/article/details/47169137
