Linux内核内存分配策略：伙伴系统与slab分配器详解

Linux内核内存分配方式是其内部复杂而高效的设计之一，它采用了一种分页模型来管理内存。在32位系统中，内存管理主要依赖两级页表，而在64位系统中，涉及四级页表结构，包括页全局目录、页上级目录、页中间目录和页表，确保了地址空间的有效管理。每个页表项对应一个4KB大小的页框，这是Linux内核内存分配的基本单位。 伙伴系统算法是为了解决连续内存分配的问题。通过将空闲页框组织成不同大小的块链表，避免了因频繁分配和释放导致的内存碎片。当应用程序需要大块连续内存时，系统会从相应大小的链表中查找，如果找不到，会尝试向上一级链表扩展，直到找到或失败。释放内存时，通过合并连续的页框块来减少碎片。 slab分配器是一个关键部分，它源自Solaris 2.4并优化应用于Linux内核。slab分配器位于物理内存页框分配器之上，专注于管理特定大小的对象缓存，如内核数据结构等。它为每种内核对象创建专用的缓冲区，每个缓冲区由多个slab组成，这些slab是一组连续的物理页框，按照预定义的数量划分为对象。这种方式提高了内存分配的效率，减少了内存碎片，尤其适合那些需要大量相同大小对象的情况。 总结来说，Linux内核的内存分配策略结合了页表分页、伙伴系统算法和slab分配器，旨在提供灵活且高效的内存管理，确保了系统的稳定性和性能。理解这些核心机制对于深入学习Linux内核开发者来说至关重要。