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;  
9.   
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 */  
13.   
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 */  
16.   
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*/  
20.    
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*/  
23.   
24.     size_t colour;         /* 顏色的個數*/  
25.     unsigned int colour_off; /* 著色的偏移量 */  
26.       
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*/  
32.   
33.     /* constructor func */  
34.     void (*ctor)(void *obj); /*創建高速緩存時的構造函數指針*/  
35.   
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*/  
39.   
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;  
56.   
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 */   
66.   
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. };