第17章 空闲空间管理
本章要解决的问题：如何管理空闲空间？什么策略可以让碎片最小化？
17.1 假设
- 假定基本的接口就像malloc()和free()提供的那样。
- 主要关系外部碎片
- 内存一旦被分配给客户，就不可以被重定位到其他位置。
- 分配程序所管理的是连续的一块字节区域。
17.2 底层机制
分割与合并
追踪已分配空间的大小
嵌入空闲列表
让堆增长：大多数传统的分配程序会从很小的堆开始，当空间耗尽时，再向操作系统申请更大的空间。
17.3 基本策略
最优匹配：选择最接近用户请求大小的块，从而尽量避免空间浪费
最差匹配：与最优匹配相反，研究表明其表现非常差
首次匹配：找到第一个足够大的块
下次匹配：多维护一个指针，指向上一次查找结束的位置，避免首次匹配那种对列表开头频繁的分割
17.4 其他方式
分散空闲列表：
如果某个应用程序经常申请一种（或几种）大小的内存空间，那就用一个独立的列表，只管理这样大小的对象。
这种方法的好处显而易见。通过拿出一部分内存专门满足某种大小的请求，碎片就不再 是问题了。而且，由于没有复杂的列表查找过程，这种特定大小的内存分配和释放都很快。
伙伴系统：
因为合并对分配程序很关键，所以人们设计了一些方法，让合并变得简单，一个好例子就是二分伙伴分配程序。
在这种系统中，空闲空间首先从概念上被看成大小为 2N 的大空间。当有一个内存分配 请求时，空闲空间被递归地一分为二，直到刚好可以满足请求的大小（再一分为二就无法 满足）。这时，请求的块被返回给用户。在下面的例子中，一个 64KB 大小的空闲空间被切 分，以便提供 7KB 的块：
请注意， 这种分配策略只允许分配 2 的整数次幂大小的空闲块，因此会有内部碎片（internal fragment） 的麻烦。
伙伴系统运转良好的原因，在于很容易确定某个块的伙伴。怎么找？仔细想想上面例子中的各个块的地址。如果你想得够仔细，就会发现每对互为伙伴的块只有一位不同，正是这一位决定了它们在整个伙伴树中的层次。
17.5 小结
本章我们讨论了最基本的内存分配程序形式。
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