http://blog.csdn.net/vanbreaker/article/details/7664296
1,为什么需要slab分配器：
利用伙伴系统进行分配内存只能按照页的单位进行分配，这样会造成很多的内存浪费，多了很多内存碎片，比如只需要申请10字节的，结果分配了一个页。
2，slab分配器和伙伴系统分配的差别
slab分配器是基于对象进行管理的，相同类型的对象归为一类(如进程描述符就是一类)，每当要申请这样一个对象，slab分配器就从一个slab列表中分配一个这样大小的单元出去，而当要释放时，将其重新保存在该列表中，而不是直接返回给伙伴系统。slab分配对象时，会使用最近释放的对象内存块，因此其驻留在CPU高速缓存的概率较高
Slab分配器由很多缓存（动态链表）组成，不同的缓存大小不同（如名为kmalloc-128的缓存所管理对象的长度为128字节）。Linux的Slab缓存分为专用和通用两种，通用缓存通过函数kmem_cache_init() 进行初始化，适用于特定对象，比如各种描述符，存放进程描述符的缓存大小就是sizeof(task_struct)；而专用缓存则通过函数 kmem_cache_create()创建。通用Slab的对象大小预先定义好的，一般是2的次幂（cache对齐的需要），Linux使用13级， 如下：32、64、128、256、512、1024、2048、4096、8192、16384、32768、65536、131072。这样可以保证内存碎片小于百分之50
3，slab的概念
slab分配器把内存区看作对象（object）,这些对象由一组数据结构和几个构造函数或者析构函数组成，分别用于初始化和回收内存。slab分配器把对象分组放进告诉缓存，包含高速缓存的主内存区被划分为多个slab,每个slab由一个或者多个连续的页组成，这些页框包含已分配对象和空闲对象。
每一个slab对象都有一个kmem_bufctl_t描述符，每个slab的对象描述符都存放在slab描述符的后面。因此((kmem_bufctl_t*)(slab + 1)就指向slab的kmem_bufctl_t描述符地址，语句((kmem_bufctl_t*)(slab + 1)[i]就是访问第i个对象的索引。
4，slab分配器用的相关数据结构
用于描述和管理cache的数据结构是struct kmem_cache
- struct kmem_cache {
- /* 1) per-cpu data, touched during every alloc/free */
- /*per-CPU数据，记录了本地高速缓存的信息，也用于跟踪最近释放的对象，每次分配和释放都要直接访问它*/
- struct array_cache *array[NR_CPUS];
- /* 2) Cache tunables. Protected by cache_chain_mutex */
- unsigned int batchcount; /*本地高速缓存转入或转出的大批对象数量*/
- unsigned int limit; /*本地高速缓存中空闲对象的最大数目*/
- unsigned int shared;
- unsigned int buffer_size;/*管理对象的大小*/
- u32 reciprocal_buffer_size;/*buffer_size的倒数值*/
- /* 3) touched by every alloc & free from the backend */
- unsigned int flags; /* 高速缓存的永久标识*/
- unsigned int num; /* 一个slab所包含的对象数目 */
- /* 4) cache_grow/shrink */
- /* order of pgs per slab (2^n) */
- unsigned int gfporder; /*一个slab包含的连续页框数的对数*/
- /* force GFP flags, e.g. GFP_DMA */
- gfp_t gfpflags; /*与伙伴系统交互时所提供的分配标识*/
- size_t colour; /* 颜色的个数*/
- unsigned int colour_off; /* 着色的偏移量 */
- /*如果将slab描述符存储在外部，该指针指向存储slab描述符的cache,
- 否则为NULL*/
- struct kmem_cache *slabp_cache;
- unsigned int slab_size; /*slab管理区的大小*/
- unsigned int dflags; /*动态标识*/
- void (*ctor)(void *obj); /*创建高速缓存时的构造函数指针*/
- /* 5) cache creation/removal */
- const char *name; /*高速缓存名*/
- struct list_head next; /*用于将高速缓存链入cache chain*/
- /* 6) statistics */
- /*struct kmem_list3用于组织该高速缓存中的slab*/
- struct kmem_list3 *nodelists[MAX_NUMNODES];
- /*
- * Do not add fields after nodelists[]
- */
- };
- struct kmem_list3 {
- struct list_head slabs_partial;/*slab链表，包含空闲对象和已分配对象的slab描述符*/
- struct list_head slabs_full; /*slab链表，只包含非空闲的slab描述符*/
- struct list_head slabs_free; /*slab链表，只包含空闲的slab描述符*/
- unsigned long free_objects; /*高速缓存中空闲对象的个数*/
- unsigned int free_limit; /*空闲对象的上限*/
- unsigned int colour_next; /*下一个slab使用的颜色*/
- spinlock_t list_lock;
- struct array_cache *shared; /* shared per node */
- struct array_cache **alien; /* on other nodes */
- unsigned long next_reap; /* updated without locking */
- int free_touched; /* updated without locking */
- };
- 描述和管理单个slab的结构是struct slab
- struct slab {
- struct list_head list; /*用于将slab链入kmem_list3的链表*/
- unsigned long colouroff;/*该slab的着色偏移*/
- void *s_mem; /*指向slab中的第一个对象*/
- unsigned int inuse; /*已分配出去的对象*/
- kmem_bufctl_t free; /*下一个空闲对象的下标*/
- unsigned short nodeid; /*节点标识号*/
- };
slab描述符可以放在以下两个地方
1，外部slab描述符，存在普通的高速缓存
2，内部slab描述符，位于分配给slab的第一个页框的起始位置
struct kmem_cache中定义了一个struct array_cache指针数组，数组的元素个数对应了系统的CPU数，和伙伴系统中的每CPU页框高速缓存类似，该结构用来描述每个CPU的本地高速缓存，在每个array_cache的末端都用一个指针数组记录了slab中的空闲对象，分配对象时，采用LIFO方式，也就是将该数组中的最后一个索引对应的对象分配出去，以保证该对象还驻留在高速缓存中的可能性。实际上，每次分配内存都是直接与本地CPU高速缓存进行交互，只有当其空闲内存不足时，才会从kmem_list中的slab中引入一部分对象到本地高速缓存中，而kmem_list中的空闲对象也不足了，那么就要从伙伴系统中引入新的页来建立新的slab了，这一点也和伙伴系统的
每CPU页框高速缓存很类似。
- struct array_cache {
- unsigned int avail;/*本地高速缓存中可用的空闲对象数*/
- unsigned int limit;/*空闲对象的上限*/
- unsigned int batchcount;/*一次转入和转出的对象数量*/
- unsigned int touched; /*标识本地CPU最近是否被使用*/
- spinlock_t lock;
- void *entry[]; /*这是一个伪数组，便于对后面用于跟踪空闲对象的指针数组的访问
- */
- };