基本思想

? ? ? ? 與傳統的內存管理模式相比， slab 緩存分配器提供了很多優點。首先，內核通常依賴于對小對象的分配，它們會在系統生命周期內進行無數次分配。slab 緩存分配器通過對類似大小的對象進行緩存而提供這種功能，從而避免了常見的碎片問題。slab 分配器還支持通用對象的初始化，從而避免了為同一目而對一個對象重復進行初始化。最后，slab 分配器還可以支持硬件緩存對齊和著色，這允許不同緩存中的對象占用相同的緩存行，從而提高緩存的利用率并獲得更好的性能。

說明：

? ? ? 每個緩存都包含了一個 slabs 列表，這是一段連續的內存塊（通常都是頁面）。存在 3 種 slab：
? ? ??? ? ??slabs_full - ?完全分配的 slab
? ? ??? ? ??slabs_partial -?部分分配的 slab
? ? ??? ? ??slabs_empty -?空 slab，或者沒有對象被分配
? ? ??slabs_empty 列表中的 slab 是進行回收（reaping）的主要備選對象。正是通過此過程，slab 所使用的內存被返回給操作系統供其他用戶使用。
? ? ??slab 列表中的每個 slab 都是一個連續的內存塊（一個或多個連續頁），它們被劃分成一個個對象。這些對象是從特定緩存中進行分配和釋放的基本元素。注意 slab 是 slab 分配器進行操作的最小分配單位，因此如果需要對 slab 進行擴展，這也就是所擴展的最小值。通常來說，每個 slab 被分配為多個對象。
? ? ??由于對象是從 slab 中進行分配和釋放的，因此單個 slab 可以在 slab 列表之間進行移動。例如，當一個 slab 中的所有對象都被使用完時，就從 slabs_partial 列表中移動到 slabs_full 列表中。當一個 slab 完全被分配并且有對象被釋放后，就從 slabs_full 列表中移動到 slabs_partial 列表中。當所有對象都被釋放之后，就從 slabs_partial 列表移動到 slabs_empty 列表中。

API 函數

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-slab-allocator/index.html

? ? ??現在來看一下能夠創建新 slab 緩存、向緩存中增加內存、銷毀緩存的應用程序接口（API）以及 slab 中對對象進行分配和釋放操作的函數。
? ? ??第一個步驟是創建 slab 緩存結構，您可以將其靜態創建為：
struct struct kmem_cache *my_cachep;? ? ? 然后其他 slab 緩存函數將使用該引用進行創建、刪除、分配等操作。kmem_cache 結構包含了每個中央處理器單元（CPU）的數據、一組可調整的（可以通過 proc 文件系統訪問）參數、統計信息和管理 slab 緩存所必須的元素。

kmem_cache_create

? ? ??內核函數 kmem_cache_create 用來創建一個新緩存。這通常是在內核初始化時執行的，或者在首次加載內核模塊時執行。其原型定義如下：
struct kmem_cache * kmem_cache_create( const char *name, size_t size, size_t align,unsigned long flags;void (*ctor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long),void (*dtor)(void*, struct kmem_cache *, unsigned long));? ? ? ? ? ? name 參數定義了緩存名稱，proc 文件系統（在 /proc/slabinfo 中）使用它標識這個緩存。

? ? ??? ? ??size 參數指定了為這個緩存創建的對象的大小， align 參數定義了每個對象必需的對齊。 flags 參數指定了為緩存啟用的選項。這些標志如表 1 所示。

? ? ??? ? ??ctor 和 dtor 參數定義了一個可選的對象構造器和析構器。構造器和析構器是用戶提供的回調函數。當從緩存中分配新對象時，可以通過構造器進行初始化。
在創建緩存之后， kmem_cache_create 函數會返回對它的引用。注意這個函數并沒有向緩存分配任何內存。相反，在試圖從緩存（最初為空）分配對象時，refill 操作將內存分配給它。當所有對象都被使用掉時，也可以通過相同的操作向緩存添加內存。

kmem_cache_destroy

? ? ??內核函數 kmem_cache_destroy 用來銷毀緩存。這個調用是由內核模塊在被卸載時執行的。在調用這個函數時，緩存必須為空。
void kmem_cache_destroy( struct kmem_cache *cachep );

kmem_cache_alloc

? ? ??要從一個命名的緩存中分配一個對象，可以使用 kmem_cache_alloc 函數。調用者提供了從中分配對象的緩存以及一組標志：
void kmem_cache_alloc( struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags );? ? ? 這個函數從緩存中返回一個對象。注意如果緩存目前為空，那么這個函數就會調用 cache_alloc_refill 向緩存中增加內存。 kmem_cache_alloc 的 flags 選項與 kmalloc 的 flags 選項相同。 給出了標志選項的部分列表。

kmem_cache_zalloc

? ? ??內核函數 kmem_cache_zalloc 與 kmem_cache_alloc 類似，只不過它對對象執行 memset 操作，用來在將對象返回調用者之前對其進行清除操作。

kmem_cache_free

? ? ??要將一個對象釋放回 slab，可以使用 kmem_cache_free。調用者提供了緩存引用和要釋放的對象。
void kmem_cache_free( struct kmem_cache *cachep, void *objp );

kmalloc 和 kfree

? ? ??內核中最常用的內存管理函數是 kmalloc 和 kfree 函數。這兩個函數的原型如下：
void *kmalloc( size_t size, int flags ); void kfree( const void *objp );? ? ? 注意在 kmalloc 中，惟一兩個參數是要分配的對象的大小和一組標志（請參看 表 2 中的部分列表）。但是 kmalloc 和 kfree 使用了類似于前面定義的函數的 slab 緩存。kmalloc 沒有為要從中分配對象的某個 slab 緩存命名，而是循環遍歷可用緩存來查找可以滿足大小限制的緩存。找到之后，就（使用 __kmem_cache_alloc）分配一個對象。要使用 kfree 釋放對象，從中分配對象的緩存可以通過調用 virt_to_cache 確定。這個函數會返回一個緩存引用，然后在 __cache_free 調用中使用該引用釋放對象。

其他函數

? ? ??slab 緩存 API 還提供了其他一些非常有用的函數。 kmem_cache_size 函數會返回這個緩存所管理的對象的大小。您也可以通過調用 kmem_cache_name 來檢索給定緩存的名稱（在創建緩存時定義）。緩存可以通過釋放其中的空閑 slab 進行收縮。這可以通過調用 kmem_cache_shrink 實現。注意這個操作（稱為回收）是由內核定期自動執行的（通過 kswapd）。
unsigned int kmem_cache_size( struct kmem_cache *cachep ); const char *kmem_cache_name( struct kmem_cache *cachep ); int kmem_cache_shrink( struct kmem_cache *cachep );

轉載于:https://www.cnblogs.com/youngerchina/p/5624454.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的内存管理之slab分配器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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