Linux伙伴算法（Buddy Allocator）

该算法用于管理Linux物理内存，该算法的应用决定了内存分配的单位每次必为2的N次幂个页，如1、2、4、8、32页等。内存管理器初始化好之后，内存分配很简单，我的问题是，释放内存的时候如何做到高效呢？我很sb地想：

释放一块幂（order）为k内存，首先在k对应的链表中查找是否有相邻的块，如果有合并之。合并之后，再在order为k+1的链表中继续查找是否有相邻的块（此时为新的大块了），如此往复。

如果这是一个面试题目，我这么跟面试官说，他还可能以为我真的懂了呢！其实，我根本不懂。为什么这么说呢？问题就出在上面加粗的几个字上：查找。在我脑海中，这里的查找意味着遍历链表，通过对地址的判断找相邻项，直到找到为止。在内核中，如果不得不用这么sb的行为，早就有人将它用二叉树或hash里面的算法改写了！

于是读linux源码mm/page_alloc.c中的__free_pages_ok()函数，发现它怎么跑一遍就搞定了，list_add宏只调用过一次。按照我上面的想法，list_add必须频繁调用。有点神奇！于是进一步仔细阅读，它在while中反复调用了list_del宏，其余代码没仔细看，突然就明白了，哦，我傻！我的思维局限到free_list链表的操作中了，而我忘了，页面的搜索还可以根据mem_map来呀！当我把思维放到mem_map上来的时候发现一切都很很简单了：不就是线性地搜索相邻区域么？给定一个区域，并且知道它的长度，让你在其前后找出长度一样的相邻区域来，简单吧？

之所以能如此飘逸地完成此任务，与list_head结构的精巧设计是分不开的，最让我惊叹的是INIT_LIST_HEAD，list_empty两个简单的宏：

QUOTE:struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};

#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { /
(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); /
} while (0)

static inline int list_empty(struct list_head *head)
{
return head->next == head;
}

简单吧？可别小看，简单中蕴藏着无限的飘逸啊。如果没有它们，上面的算法完全没有可行性。双向链表，好东西！

Linux还有个很值得注意的特征：同一组数据可能有多种数据结构来管理。有的管理器采用数组型的数据结构，有的管理器采用链表型数据结构，有的采用hash表的结构，有的还采用树状结构。通过综合不同管理器的特征，根据不同的应用场景，灵活选取不同的管理器，可以达到效率最优，是值得学习的好方法！