前言
伙伴系统的内存释放API分析，基于Linux 2.6.25。
对外封装的内存释放API分为两类，free_page和free_pages以虚拟地址为参数，__free_page和__free_pages以page指针为参数，可以使用virt_to_page实现虚拟地址到page指针的转化，最终都会调用伙伴系统的统一入口函数__free_pages。
graph TB
A[__free_one_page]
B[__free_pages_ok]
C[free_hot_page]
D[__free_pages]
E[free_one_page]
free_page --> free_pages
free_pages --> D
__free_page --> D
D -->|order==0| C
D -->|order>0| B
B --> E
E --> A
__free_pages
__free_pages接受page指针和order两个参数，指定释放的连续page的第一个page指针和分配阶。put_page_testzero会检查引用计数是否正常，确保没有其他用户仍然在使用该page以后才会真正释放该内存块，否则只是将引用计数减1.
如果释放的是单个page，会将该page作为热页放入冷热链表中。
释放连续page会调用__free_pages_ok进行一些安全检查后调用free_one_page-->__free_one_page返回pages给伙伴系统。
void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
{
if (put_page_testzero(page)) {
if (order == 0)
free_hot_page(page);
else
__free_pages_ok(page, order);
}
}
__free_one_page中PageCompound & destroy_compound_page与复合页的释放相关，此处不展开。__free_one_page并不只释放了一个page，而是释放了多个连续内存页，因此有可能多次触发伙伴之间的的合并。
在合并中，__page_find_buddy会按照page idx和order计算出对应的buddy的idx。page_is_buddy会检查buddy是否有效，包括是否位于空洞、是否处于伙伴系统中、分配阶是否相同、是否处于同一个zone等等。如果是有效伙伴则将两个内存块合并为高一阶的内存块，并进入下一次的循环。
关于查找伙伴的idx，计算合并后的page的idx等计算的细节这里就不展开了。
static inline void __free_one_page(struct page *page,
struct zone *zone, unsigned int order)
{
unsigned long page_idx;
int order_size = 1 << order;
int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
// 复合页相关
if (unlikely(PageCompound(page)))
destroy_compound_page(page, order);
page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
VM_BUG_ON(page_idx & (order_size - 1));
VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
// 连续合并
__mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, order_size);
while (order < MAX_ORDER-1) {
unsigned long combined_idx;
struct page *buddy;
// 查找伙伴
buddy = __page_find_buddy(page, page_idx, order);
// 检查能否合并
if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
break; /* Move the buddy up one level. */
// 合并
list_del(&buddy->lru);
zone->free_area[order].nr_free--;
rmv_page_order(buddy);
combined_idx = __find_combined_index(page_idx, order);
page = page + (combined_idx - page_idx);
page_idx = combined_idx;
order++;
}
set_page_order(page, order);
list_add(&page->lru,
&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
zone->free_area[order].nr_free++;
}