slab

slab是Linux操作系統的一種內存分配機制。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，如果直接採用夥伴系統來進行分配和釋放，不僅會造成大量的內存碎片，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，而不是直接返回給夥伴系統，從而避免這些內碎片。slab分配器並不丟棄已分配的對象，而是釋放並把它們保存在內存中。當以後又要請求新的對象時，就可以從內存直接獲取而不用重複初始化。

對象高速緩存的組織如右下圖所示，高速緩存的內存區被劃分為多個slab，每個slab由一個或多個連續的頁框組成，這些頁框中既包含已分配的對象，也包含空閑的對象。

在cache和object中加入slab分配器，是在時間和空間上的折中方案。

slab分配演演算法採用cache 存儲內核對象。當創建cache 時，起初包括若干標記為空閑的對象。對象的數量與slab的大小有關。開始，所有對象都標記為空閑。當需要內核數據結構的對象時，可以直接從cache 上直接獲取，並將對象初始化為使用。

下面考慮內核如何將slab分配給表示進程描述符的對象。在Linux系統中，進程描述符的類型是struct task_struct ，其大小約為1.7KB。當Linux 內核創建新任務時，它會從cache 中獲得struct task_struct 對象所需要的內存。Cache 上會有已分配好的並標記為空閑的struct task_struct 對象來滿足請求。

Linux 的slab 可有三種狀態：

• 滿的：slab 中的所有對象被標記為使用。

• 空的：slab 中的所有對象被標記為空閑。

• 部分：slab 中的對象有的被標記為使用，有的被標記為空閑。

slab 分配器首先從部分空閑的slab 進行分配。如沒有，則從空的slab 進行分配。如沒有，則從物理連續頁上分配新的slab，並把它賦給一個cache ，然後再從新slab 分配空間。

下面的代碼片斷展示了創建新 slab 緩存、從緩存中分配和釋放對象然後銷毀緩存的過程。首先，必須要定義一個 kmem_cache 對象，然後對其進行初始化（請參看清單 1）。這個特定的緩存包含 32 位元組的對象，並且是硬體緩存對齊的（由標誌參數SLAB_HWCACHE_ALIGN 定義）。

清單 1. 創建新 slab 緩存

使用所分配的 slab 緩存，您可以從中分配一個對象了。清單 2 給出了一個從緩存中分配和釋放對象的例子。它還展示了兩個其他函數的用法。

清單 2. 分配和釋放對象

最後，清單 3 演示了 slab 緩存的銷毀。調用者必須確保在執行銷毀操作過程中，不要從緩存中分配對象。

清單 3. 銷毀 slab 緩存

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。

1、內核通常依賴於對小對象的分配，它們會在系統生命周期內進行無數次分配。

2、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。

3、slab 分配器還支持通用對象的初始化，從而避免了為同一目的而對一個對象重複進行初始化。

4、slab 分配器還可以支持硬體緩存對齊和著色，這允許不同緩存中的對象佔用相同的緩存行，從而提高緩存的利用率並獲得更好的性能。

對於小型的嵌入式系統來說，存在一個 slab 模擬層，名為 SLOB。這個 slab 的替代品在小型嵌入式 Linux 系統中具有優勢，但是即使它保存了 512KB 內存，依然存在碎片和難於擴展的問題。在禁用 CONFIG_SLAB 時，內核會回到這個 SLOB 分配器中。