linux 内核内存管理办法简介（下）

     伙伴系统算法，设和与申请以页框为单位的大块内存请求。而当申请几十字节的内存时，采用伙伴系统，分配一个页框，显然是浪费空间。实际上，内核采用了slab分配器进行管理。

     采用slab分配器，是基于以下假设：

     1> 内核会经常申请若干种同样大小的内存，如分配一个新的进程描述符，为一个磁盘文件分配一个新的inode对象，dentry对象等

     2> 这些对象会经常申请和释放，如进程结束时，文件关闭或被删除时。如果每次申请或释放都将内存交给操作伙伴系统，将会造成抖动，影响性能。

     3> 碎片问题。如果第一次分配了100字节，第二次分配60字节，大小各不相同，当某个对象释放时，将会出现各种碎片，不易于管理。

     基于以上原因，内核采用slab分配器，基本思路为：

     1> 为常用到的内存申请，如inode，dentry，分别申请inode高速缓存和dentry高速缓存，专门用来管理inode和dentry的申请和释放（这就是slab的作用）。

     2> 同一个高速缓存中，申请的空间大小是固定的，如inode高速缓存，每次都申请sizeof(struct inode)大小的空间。

     slab分配器的组成如下图所示。

     高速缓存代表创建的各种高速缓存，如inode高速缓存等，由kmem_cache_t类型的struct来描述；

     slab为高速缓存包含的slab，每个高速缓存包含多个slab，实际上，每个slab都处于满的slab中，空的slab中，部分满的slab中；

     对象为实际分配给应用程序的，如inode对象等，每个slab包含1到多个对象。

     

     从上面的分析中，可以看出，slab可以称得上是专用高速缓存，只能分配固定大小的内存空间。在使用时，过程如下：

      kmem_cache_create(char *name ,size_t size,size_t offset,unsigned long flags,void(*constructor)(***),void(*destructor)(***));

     size：存储区域的大小，为一个固定的值

     offset：页面中第一个对象的偏移量，用来确保对已分配的对象进行某种特殊的对齐，常用之为0

     flag：常用值为SLAB_NO_HEAP（保护高速缓存在系统寻找内存的时候不会被减少。设置该标志通常不是个好主意）

               SLAB_HWCACHE_ALIGN，要求所有数据对象跟高速缓存行对齐，可能会浪费一些空间

               SLAB_CACHE_DMA，要求每个数据对象都从以用于DMA的内存区段中分配

     用法：

          kmem_cache_t *cache;

          cache = kmem_cache_create("tmp",sizeof(struct XXX),0,SLAB_HWCACHE_ALIGN,NULL,NULL);

          

          p=kmem_cache_alloc(cache,GFP_KERNEL);

          

          kmem_cache_free(cache,p);

          kmem_cache_destroy(cache);

     使用slab，可以加快专用内存空间分配速度，并且减少了系统碎片，但是每种对象都采用这种专用高速缓存分配，如需要存放文件名，由于文件名大小不固定，采用专用高速缓存显然是不合理的。内核中提供了普通高速缓存（内核中的kmalloc函数分配空间就是从通用高速缓存中获取的）：

     1>内核建立了13个按照几何分布的空闲内存区，大小从32字节到131072字节（即128K，不同的操作系统，这个值可能不一样，这也就解释了为什么malloc申请空间是有上限的）

     2>每次申请空间时，根据程序输入的要分配的地址，找到最接近的空间，如申请33字节，则查找64字节对应的分配区（对于分配区的管理，其实也是按照slab中的方法，因为每个分配区分配的字节数是相同的），进行内存的分配。

     3> 对于每种大小，都有两个高速缓存：一个适应于ISA DMA分配，另一个适用于常规分配。

我们可以通过cat /proc/slabinfo命令查看系统中slab的使用情况。关于slab部分，还有内外部描述符，slab着色（为创建slab高速缓存使用，与页高速缓存类似），这里就不多介绍。