Sparrow OS内存分配器详解：Buddy算法设计与实现

本文档是关于Sparrow OS设计文档的第六部分，主题为"Page Memory Allocator"，由作者赵凤阳（Michael Z）编写。Sparrow OS是一款作者耗时一年半开发的小型嵌入式操作系统，文档详细介绍了内存管理的核心组件——PageAllocator的设计和实现。 PageAllocator是操作系统内存管理的基础，它采用了一种名为"Buddy Algorithm"的策略来组织内存页。Buddy Algorithm的核心概念是将连续的页面组成一系列的"伙伴"（buddies），这些伙伴按等级进行划分。在每个级别，伙伴数量可以是1或0，表示该级别的大小。例如，在第n级，伙伴是由2^n个页面组成的。这种算法允许高效地分配和回收内存，因为高阶的伙伴可以被分割成两个较小的伙伴，而低阶的伙伴则可以合并成更高阶的伙伴。 文档展示了如何在不同的内存级别上进行操作，包括演示了如何分配和合并页面。通过两个必备的列表，即Free List（空闲列表）和Fragment List（碎片列表），实现了Buddy Algorithm的功能。Free List记录了所有可用的空闲页面，而Fragment List则用来追踪无法再进一步划分的较小碎片。 在实际的内存分配过程中，首先从Free List获取一个合适的伙伴，如果伙伴大小不能满足请求，就根据Buddy Algorithm进行分割或合并操作。例如，当尝试分配一个大页面时，可能会从Level 0的伙伴开始，然后根据需要逐步分解到更低级别，直到找到合适大小的伙伴或者合并小碎片。反之，释放不再需要的页面时，则会将它们归还到Free List，可能需要向上合并以减少碎片。 本文档深入解析了Sparrow OS中Page Memory Allocator的设计细节，包括算法原理、内存管理流程以及其实现方式，这对于理解和优化嵌入式系统内存管理具有重要意义。读者可以通过这个文档了解到如何有效地管理有限的内存资源，确保系统的稳定性和性能。