Linux SLUB分配器详解

　　本文所列的数据结构和源代码均摘自 Linux 内核 2.6.25 版本.

　　每个内核对象缓冲区都是由 kmem_cache 类型的数据结构来描述的,表 1 列出了它的字段（省略了统计和调试相关的字段）.

　　表 1. kmem_cache 数据结构

　　类型 名称 描述

　　unsigned long flags 描述缓冲区属性的一组标志

　　int size 分配给对象的内存大小（可能大于对象的实际大小）

　　int objsize 对象的实际大小

　　int offset 存放空闲对象指针的位移

　　int order 表示一个 slab 需要 2^order 个物理页框

　　kmem_cache_node local_node 创建缓冲区的节点的 slab 信息

　　int objects 一个 slab 中的对象总个数

　　gfp_t allocflags 创建一个 slab 时使用的一组额外标志

　　int refcount 缓冲区计数器.当用户请求创建新的缓冲区时,SLUB 分配器重用已创建的相似大小的缓冲区,从而减少缓冲区的个数.

　　void (*)(…) ctor 创建 slab 时用于初始化每个对象的构造函数

　　int inuse 元数据的位移

　　int align 对齐

　　const char * name 缓冲区名字

　　struct list_head list 包含所有缓冲区描述结构的双向循环队列,队列头为 slab_caches

　　int remote_node_defrag_ratio 该值越小,越倾向从本节点中分配对象

　　struct kmem_cache_node * [] node 为每个节点创建的 slab 信息的数据结构（创建缓冲区的节点除外,使用 local_node 字段）

　　struct kmem_cache_cpu * [] cpu_slab 为每个处理器创建的 slab 信息的数据结构

　　我们可以看到,SLUB 分配器的 kmem_cache 结构相对 SLAB 而言简化了不少,没有了队列的相关字段.值得注意的是 SLUB 分配器具有缓冲区合并的功能：当内核执行绪请求创建新的缓冲区 C2 时,SLUB 分配器会先搜索已创建的缓冲区,如果发现某缓冲区 C1 的对象大小略大于 C2,则重用 C1.测试表明,这项功能减少了大约 50% 的缓冲区数目,从而减少了 slab 碎片并提高了内存利用率.

　　在 SLUB 分配器中,一个 slab 就是一组连续的物理内存页框,被划分成了固定数目的对象.slab 没有额外的空闲对象队列（这与 SLAB 不同）,而是重用了空闲对象自身的空间.slab 也没有额外的描述结构, SLUB 分配器在代表物理页框的 page 结构中加入 freelist,inuse 和 slab 的 union 字段,分别代表第一个空闲对象的指针,已分配对象的数目和缓冲区 kmem_cache 结构的指针, slab 的第一个物理页框的 page 结构就可以描述自己.

　　每个处理器都有一个本地的活动 slab,由 kmem_cache_cpu 结构描述.表 2 列出它的字段（省略了统计相关的字段）.

　　表 2. kmem_cache_cpu 数据结构

　　类型 名称 描述

　　void ** freelist 空闲对象队列的指针,即第一个空闲对象的指针

　　struct page * page slab 的第一个物理页框描述符

　　int node 处理器所在 NUMA 节点号,值 -1 用于调试

　　unsigned int offset 用于存放下一个空闲对象指针的位移,以字（word）为单位

　　unsigned int objsize 对象实际大小,与 kmem_cache 结构

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