堆在内存管理中的奥秘：Buddy系统和slab分配器

# 1. 内存管理基础

内存管理是计算机系统中一项至关重要的任务，它负责管理计算机内存的分配和释放，确保程序能够高效地访问和使用内存资源。内存管理系统通常包括以下几个主要组件：

- **内存分配器：**负责分配和释放内存块，为程序提供内存空间。
- **虚拟内存：**允许程序访问比物理内存更大的地址空间，通过将不经常使用的内存页换出到磁盘来实现。
- **内存保护：**防止程序访问未分配的内存区域或其他程序的内存空间，确保系统的稳定性和安全性。

# 2. Buddy系统内存分配

### 2.1 Buddy系统原理

Buddy系统是一种内存分配算法，它将内存划分为大小相等的块，并使用二进制树来管理这些块。每个块都有一个伙伴块，大小相同，且相邻。当分配内存时，Buddy系统会找到一个足够大的空闲块，并将其拆分为更小的块，直到找到大小合适的块。当释放内存时，Buddy系统会将释放的块与它的伙伴块合并，形成一个更大的空闲块。

### 2.2 Buddy系统实现

Buddy系统通常使用一个二进制树来表示内存块。每个节点代表一个内存块，节点的深度表示块的大小。叶节点表示最小的内存块，根节点表示最大的内存块。当分配内存时，Buddy系统会从根节点开始搜索，寻找一个足够大的空闲块。如果找到，则将该块拆分为更小的块，直到找到大小合适的块。如果找不到，则返回NULL。

# Buddy系统分配器类
class BuddyAllocator:
    def __init__(self, memory_size):
        self.memory_size = memory_size
        self.tree = BinaryTree(memory_size)

    def allocate(self, size):
        node = self.tree.find_free_node(size)
        if node is None:
            return None
        self.tree.split_node(node, size)
        return node.address

    def fre