操作系统课件：Linux伙伴系统解析

"这是一份关于Linux伙伴系统的操作系统课件，由朱长征教师讲授，主要涵盖操作系统的基础知识，特别是Linux内存管理中的伙伴系统。课程包括操作系统概论、操作系统的形成和发展、提供的服务和用户接口、结构以及流行操作系统的简介。内容深入到操作系统的定义、目标、作用和功能，以及操作系统在计算机系统层次结构中的位置和主要目标。" 在Linux操作系统中，伙伴系统是内存管理的一个关键组件，用于有效地分配和回收内存页面。这一系统基于页结构的数组`mem_map[]`，用于记录内存页的状态和信息。`free_area_struct`结构数组则是用来组织不同大小的空闲页块，而位图数组`bitmap`则用于跟踪哪些页面是可用的。 1. `mem_map[]`数组：这个数组以page结构为元素，存储了系统中所有物理页面的信息，包括它们的分配状态、物理地址、关联的文件等。通过这个数组，操作系统能够快速访问和管理内存页面。 2. `free_area_struct`数组：此数组包含了多个`free_area_struct`结构，每个结构代表一个特定大小的页块集合。这样设计是为了优化不同大小内存请求的分配，使得内存分配尽可能高效。 3. 位图数组：位图是一种高效的数据结构，用于标记内存页的使用情况。每个位对应一个页面，如果位为0，则表示页面未被分配；为1则表示已分配。位图允许快速查找和管理空闲页面，减少了分配和回收内存的时间复杂度。 伙伴系统的工作原理是，当需要分配内存时，它会寻找合适大小的空闲页块。如果找不到精确匹配，它会选择一个稍大的页块并将其拆分为两个“伙伴”页，其中一个满足当前需求，另一个则加入到相应大小的空闲列表中。同样，在回收内存时，会尝试将相邻的空闲页合并成更大的块，以便将来更有效地分配。 学习这部分内容对于理解Linux内核的工作原理至关重要，特别是在内存管理方面。操作系统课程通常会涉及操作系统设计的基本概念，如进程管理、内存管理、文件系统、设备管理和调度算法等。通过这些基础知识的学习，学生可以为未来的系统开发、性能优化或相关领域的研究打下坚实的基础。参考书目中推荐的书籍，如《操作系统教程》、《计算机操作系统》和《操作系统概念》等，都是深入理解操作系统的经典读物。