Linux Slab分配器(一)--概述

slab分配器是Linux內存管理中非常重要和復雜的一部分，其工作是針對一些經常分配並釋放的對象，如進程描述符等，這些對象的大小一般比較小，如果直接采用伙伴系統來進行分配和釋放，不僅會造成大量的內碎片，而且處理速度也太慢。而slab分配器是基於對象進行管理的，相同類型的對象歸為一類(如進程描述符就是一類)，每當要申請這樣一個對象，slab分配器就從一個slab列表中分配一個這樣大小的單元出去，而當要釋放時，將其重新保存在該列表中，而不是直接返回給伙伴系統。slab分配對象時，會使用最近釋放的對象內存塊，因此其駐留在CPU高速緩存的概率較高。

相關閱讀：Linux Slab分配器(二)--初始化 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-06/62966.htm

用於描述和管理cache的數據結構是struct kmem_cache

1. struct kmem_cache {
2. /* 1) per-cpu data, touched during every alloc/free */
3. /*per-CPU數據，記錄了本地高速緩存的信息，也用於跟蹤最近釋放的對象，每次分配和釋放都要直接訪問它*/
4. struct array_cache *array[NR_CPUS];
5. /* 2) Cache tunables. Protected by cache_chain_mutex */
6. unsigned int batchcount; /*本地高速緩存轉入或轉出的大批對象數量*/
7. unsigned int limit; /*本地高速緩存中空閒對象的最大數目*/
8. unsigned int shared;
10. unsigned int buffer_size;/*管理對象的大小*/
11. u32 reciprocal_buffer_size;/*buffer_size的倒數值*/
12. /* 3) touched by every alloc & free from the backend */
14. unsigned int flags; /* 高速緩存的永久標識*/
15. unsigned int num; /* 一個slab所包含的對象數目 */
17. /* 4) cache_grow/shrink */
18. /* order of pgs per slab (2^n) */
19. unsigned int gfporder; /*一個slab包含的連續頁框數的對數*/
21. /* force GFP flags, e.g. GFP_DMA */
22. gfp_t gfpflags; /*與伙伴系統交互時所提供的分配標識*/
24. size_t colour; /* 顏色的個數*/
25. unsigned int colour_off; /* 著色的偏移量 */
27. /*如果將slab描述符存儲在外部，該指針指向存儲slab描述符的cache,
28. 否則為NULL*/
29. struct kmem_cache *slabp_cache;
30. unsigned int slab_size; /*slab管理區的大小*/
31. unsigned int dflags; /*動態標識*/
33. /* constructor func */
34. void (*ctor)(void *obj); /*創建高速緩存時的構造函數指針*/
36. /* 5) cache creation/removal */
37. const char *name; /*高速緩存名*/
38. struct list_head next; /*用於將高速緩存鏈入cache chain*/
40. /* 6) statistics */
41. #ifdef CONFIG_DEBUG_SLAB /*一些用於調試用的變量*/
42. unsigned long num_active;
43. unsigned long num_allocations;
44. unsigned long high_mark;
45. unsigned long grown;
46. unsigned long reaped;
47. unsigned long errors;
48. unsigned long max_freeable;
49. unsigned long node_allocs;
50. unsigned long node_frees;
51. unsigned long node_overflow;
52. atomic_t allochit;
53. atomic_t allocmiss;
54. atomic_t freehit;
55. atomic_t freemiss;
57. /*
58. * If debugging is enabled, then the allocator can add additional
59. * fields and/or padding to every object. buffer_size contains the total
60. * object size including these internal fields, the following two
61. * variables contain the offset to the user object and its size.
62. */
63. int obj_offset;
64. int obj_size;
65. #endif /* CONFIG_DEBUG_SLAB */
67. /*
68. * We put nodelists[] at the end of kmem_cache, because we want to size
69. * this array to nr_node_ids slots instead of MAX_NUMNODES
70. * (see kmem_cache_init())
71. * We still use [MAX_NUMNODES] and not [1] or [0] because cache_cache
72. * is statically defined, so we reserve the max number of nodes.
73. */
74. /*struct kmem_list3用於組織該高速緩存中的slab*/
75. struct kmem_list3 *nodelists[MAX_NUMNODES];
76. /*
77. * Do not add fields after nodelists[]
78. */
79. };

1. struct kmem_list3 {
2. struct list_head slabs_partial;/*slab鏈表，包含空閒對象和已分配對象的slab描述符*/
3. struct list_head slabs_full; /*slab鏈表，只包含非空閒的slab描述符*/
4. struct list_head slabs_free; /*slab鏈表，只包含空閒的slab描述符*/
5. unsigned long free_objects; /*高速緩存中空閒對象的個數*/
6. unsigned int free_limit; /*空閒對象的上限*/
7. unsigned int colour_next; /*下一個slab使用的顏色*/
8. spinlock_t list_lock;
9. struct array_cache *shared; /* shared per node */
10. struct array_cache **alien; /* on other nodes */
11. unsigned long next_reap; /* updated without locking */
12. int free_touched; /* updated without locking */
13. };