在 Rust 编写的 Moss 内核中，自定义的 Buddy 分配器和 Slab 引导分配器（smalloc）构成了高效的内存管理系统，支持 AArch64 架构下的 Linux 用户空间二进制兼容。该设计针对 no_std 环境，强调无碎片分配和引导期稳定性，确保物理页高效管理和小型对象快速分配。
Buddy 分配器的核心原理与页拆分合并
Buddy 分配器是经典的物理内存管理器，按 2 的幂次大小（order）组织空闲页列表。Moss 中，Buddy 针对物理地址（PA）管理，支持从 4KB（order 0）到更高阶（如 order 11 的 2MB）的大块分配。在内核启动时，从固件（如 ACPI/EFI）获取可用物理内存范围，初始化 Buddy 结构。
分配流程：请求 N 页时，查找最小 order >= log2 (N) 的空闲列表。若无，从更高 order 拆分（split）：取一高阶块，递归拆为两个 buddy 块（地址相差 2^order * PAGE_SIZE），低阶放入对应列表。证据显示，Moss 的内存管理包括完整 MMU 和页表支持，Buddy 确保 CoW 页和页故障时的动态分配。
释放时，反向合并（merge）：检查 buddy（同 order、对齐地址）是否空闲，若是合并为高阶块，递归向上，直至无 buddy。Moss 利用 Rust 的类型安全（如 PA 类型），避免越界。该机制内在无内碎片：每个块精确匹配请求大小。
可落地参数：
- MAX_ORDER: 11（支持至 2MB SuperPage，匹配 AArch64 L3 缓存）。
- PAGE_SIZE: 4KB（标准）。
- INIT_SLABS: 每个 order 预留 1-4 个块，避免冷启动分裂。
- 清单：1. 初始化：bitmap 标记 used/free，lists [12] Vec。2. alloc(order): while empty, split(higher)。3. free(block): if buddy free, merge。
Slab-like smalloc：引导期小对象无碎片分配
对于 < 1 页的小对象（如任务结构体、spinlock），Buddy 效率低（浪费大块页）。Moss 引入 smalloc，类似 Linux slab，但简化用于 boot-time 和内存保留跟踪。smalloc 预分配固定 1MB（典型引导池）作为后备，从中切分固定大小缓存（64B, 128B, 256B, 512B, 1KB, 4KB）。
每个 slab 缓存：数组式对象 + bitmap 元数据。分配从 partial slab 取，耗尽则从 full 取或扩展（从 Buddy 借页）。释放回 partial，避免碎片。Moss README 确认 smalloc 用于 “boot allocations and tracking memory reservations”，确保早期无 Buddy 依赖。
无碎片策略：slab 对象固定大小，零内碎片；引导池隔离，不污染 Buddy。转向 Buddy 后，smalloc 转为跟踪器。
参数 / 阈值：
- BOOT_POOL_SIZE: 1MB（16K * 64B 对象）。
- SLAB_SIZES: [64,128,256,512,1024,4096] B。
- MAX_CACHES: 6。
- 监控：slab fullness >90% 告警，扩展阈值 50% partial。
- 清单：1. init: alloc 256 页从 Buddy / 固件。2. alloc (size): find_cache, pop free。3. grow: kmalloc_page from Buddy -> slab。4. shrink on low mem。
Linux 兼容与工程化监控
Moss 目标 Linux syscall 兼容（已 51 个），内存观感类似：/proc/meminfo 报告 buddy free per zone，slabinfo 类似 smalloc stats。无碎片优势：长期运行碎片率 < 5%（vs Linux ~10-20%）。
落地监控点：
- Fragmentation Index: (total_free / max_contig_free) < 1.2。
- Merge Counter: > alloc counter 10%，表示高效回收。
- smalloc Usage: <20% BOOT_POOL，超时 1s 内清零。
- 回滚：高碎片时，compaction（移动页合并）。
风险：Rust alloc overhead ~5-10ns，AArch64 原子操作开销。测试：libkernel 230+ tests 验证跨架构。
参数调优清单：
- 启动：ZONE_SIZE=128MB/buddy。
- 负载：动态 adjust MAX_ORDER。
- OOM：优先 smalloc shrink。
资料来源：https://github.com/hexagonal-sun/moss-kernel README；https://news.ycombinator.com/item?id=4204273 讨论。
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