法律聲明：《linux 3.4.10 內(nèi)核內(nèi)存管理源代碼分析》系列文章由陳晉飛（ancjf@163.com）發(fā)表于http://blog.csdn.net/ancjf，文章遵循GPL協(xié)議。歡迎轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載請注明作者和此條款。

Slab分配器

         伙伴系統(tǒng)一次內(nèi)存分配最少都是一頁，實際上很多時候我們分配內(nèi)存的時候都只是一小塊，不需要一頁這樣大的空間。這時候我們可以從slab來分配內(nèi)存，Slab是伙伴系統(tǒng)之上的一個內(nèi)存分配器，設計slab的目的是避免伙伴系統(tǒng)的一些缺陷。

內(nèi)存分配的實質(zhì)就是根據(jù)申請者申請的參數(shù)查找一塊合適的內(nèi)存，然后把內(nèi)存地址返回?；锇橄到y(tǒng)是最底層的內(nèi)存管理系統(tǒng)，Slab是在伙伴系統(tǒng)之上的一個內(nèi)存分配器，slab把從伙伴系統(tǒng)申請的內(nèi)存塊分割成更小的塊來管理，分配的時候查找一個合適的塊返回首地址。

slab從伙伴系統(tǒng)申請的內(nèi)存塊用struct slab描述，但Slab并不是直接基于struct slab來管理內(nèi)存，因為還有幾個需要考慮的因素：

一：在多cpu環(huán)境下，訪問一個變量需要獲得回環(huán)鎖，如果對每個cpu緩存一些內(nèi)存空間，這樣可以提高性能。Slab采取的方法是對每個cpu緩存一些對象，如果cpu緩存的對象為空了則一次從獲取一批對象緩存起來。為了這個因素，定義了結(jié)構(gòu)struct array_cache。

二：在numa系統(tǒng)上，每個節(jié)點上的訪問速度可能不一樣，分配時候需要選擇合適節(jié)點來進行分配，對slab塊也應該能按節(jié)點管理。針對這個因素定義了結(jié)構(gòu)structkmem_list3。

三：能同時對多個slab塊進行管理，可以提高程序靈活性。在structkmem_list3中設定了三個鏈表分別是塊，閑，和半空slab塊鏈表。

處于slab頂層的是slab緩存，slab緩存用struct kmem_cache描述。上面的結(jié)構(gòu)都在struct kmem_cache中組織起來。每次內(nèi)存分配都是在一個slab緩存中進行的，一個slab緩存中分配的對象的長度都是相同的。

下面是這些結(jié)構(gòu)的定義：

struct slab定義如下：

struct slab {

         union {

                   struct {

                            struct list_headlist;         //一個緩存中的所有slab塊組成的鏈表

                            unsigned longcolouroff;           //著色區(qū)的大小

                            void *s_mem;           //指向?qū)ο髤^(qū)的起點

                            unsigned int inuse;  //Slab中所分配對象的個數(shù)

                            kmem_bufctl_t free;        //指向空閑對象鏈中的第一個對象

                            unsigned shortnodeid;    //slab塊所在結(jié)點的結(jié)點號

                   };

                   struct slab_rcu__slab_cover_slab_rcu;

         };

};

structarray_cache定義如下：

structarray_cache {

         unsigned int avail;             //當前緩存的對象數(shù)目

         unsigned int limit;             //最多可以緩存的對象數(shù)目

         unsigned int batchcount;         //緩存對象空的情況下一次獲取的對象數(shù)

         unsigned int touched;      //用來表示這個對象最新是否被使用

         spinlock_t lock;         //回環(huán)鎖

         void *entry[];            //指向緩存對象數(shù)組

};

structkmem_list3定義如下：

structkmem_list3 {

         struct list_head slabs_partial;                  //分配空的slab塊鏈表

         struct list_head slabs_full;                //沒有空閑對應的slab塊鏈表

         struct list_head slabs_free;              //空閑的slab塊鏈表

         unsigned long free_objects;    //空閑對象數(shù)

         unsigned int free_limit;            //空閑對象數(shù)上限

         unsigned int colour_next;        //下一個顏色

         spinlock_t list_lock;

         struct array_cache *shared;   //共享的對象緩存

         struct array_cache **alien;    /* on other nodes */

         unsigned long next_reap;        //定義了內(nèi)核在兩次嘗試收縮緩存之間，必須經(jīng)過的時間間隔

         int free_touched;              //表示三鏈表是否是活動的

};

structkmem_cache定義如下：

structkmem_cache {

/* 1) Cachetunables. Protected by cache_chain_mutex */

         unsigned int batchcount;         //一批對象的數(shù)量

         unsigned int limit;             //空閑對象數(shù)上限

         unsigned int shared;        //共享對象數(shù)

         unsigned int buffer_size;                   //對象實際長度

         u32 reciprocal_buffer_size;     //

/* 2) touched byevery alloc & free from the backend */

         unsigned int flags;            //一些固定的標志位

         unsigned int num;             //每個slab塊包含的對象數(shù)

/* 3)cache_grow/shrink */

         /* order of pgs per slab (2^n) */

         unsigned int gfporder;     //slab塊的階

         /* force GFP flags, e.g. GFP_DMA */

         gfp_t gfpflags;          //分配標志位

         size_t colour;                     //顏色數(shù)

         unsigned int colour_off;           //色差，相鄰兩種顏色的便宜值的差

         struct kmem_cache *slabp_cache;                   //如果slab塊的管理數(shù)據(jù)是獨立的，則在這個緩存中分配空間

         unsigned int slab_size;            

         unsigned int dflags;          /* dynamic flags */

         /* constructor func */

         void (*ctor)(void *obj);              //構(gòu)造函數(shù)

/* 4) cachecreation/removal */

         const char *name;            //緩存名稱，在整個系統(tǒng)中是唯一的

         struct list_head next;      //所有的slab緩存用這個結(jié)果連接成一個鏈表

/* 5) statistics*/

#ifdefCONFIG_DEBUG_SLAB

         unsigned long num_active;

         unsigned long num_allocations;

         unsigned long high_mark;

         unsigned long grown;

         unsigned long reaped;

         unsigned long errors;

         unsigned long max_freeable;

         unsigned long node_allocs;

         unsigned long node_frees;

         unsigned long node_overflow;

         atomic_t allochit;

         atomic_t allocmiss;

         atomic_t freehit;

         atomic_t freemiss;

         /*

          * If debugging is enabled, then the allocatorcan add additional

          * fields and/or padding to every object.buffer_size contains the total

          * object size including these internal fields,the following two

          * variables contain the offset to the userobject and its size.

          */

         int obj_offset;

         int obj_size;

#endif /*CONFIG_DEBUG_SLAB */

/* 6)per-cpu/per-node data, touched during every alloc/free */

         /*

          * We put array[] at the end of kmem_cache,because we want to size

          * this array to nr_cpu_ids slots instead ofNR_CPUS

          * (see kmem_cache_init())

          * We still use [NR_CPUS] and not [1] or [0]because cache_cache

          * is statically defined, so we reserve the maxnumber of cpus.

          */

         struct kmem_list3 **nodelists;                //指向三鏈表數(shù)組

         struct array_cache *array[NR_CPUS];    //對每個cpu，指向每個cpu的對象緩存

         /*

          * Do not add fields after array[]

          */

};

對象：一塊內(nèi)存空間，用空間的首地址標識。

三鏈表：對應struct kmem_list3，包含空，滿，部分空三個鏈表。

對象緩存；緩存堆棧：對應struct array_cache，用來緩存一些對象。

緩存；slab緩存：對應struct kmem_cache。