如丝般顺滑的 slab cache 内存分配之旅

2023-08-07 17:22:50

深入解析 Linux Slab 内存池的精彩之旅

简介

在 Linux 内核中，Slab 内存池是一种高效的内存管理机制，用于管理大量相同大小的对象。它通过将内存划分为称为 Slab 的固定大小块，然后将这些块分配给对象来实现这一点。这篇文章将深入探讨 Slab 内存池的实现细节，揭开它顺畅运作的秘密。

Slab Cache 架构

Slab 内存池的工作原理基于以下关键组件：

Slab： 一块连续的内存区域，包含固定数量的相同大小的块。
对象： 分配给内存的特定大小的数据结构。
缓存： 一组用于特定大小对象的 Slab。
分配器： 从缓存中分配对象的函数。
释放器： 将对象从缓存中释放的函数。

内存分配流程

当分配一个对象时，分配器首先检查是否有可用的 Slab。如果有，它将从该 Slab 中分配一个块。如果没有，它将创建一个新的 Slab 并将一个块分配给对象。对象随后被复制到分配的块中，分配器的返回值指向对象在内存中的地址。

内存释放流程

当一个对象被释放时，释放器会从其所在的块中删除它。如果块中没有其他对象，该块将被释放，返回到可用的 Slab 池中。

Slab Cache 的优点

使用 Slab 内存池有很多好处：

性能提升： Slab 内存池避免内存碎片化，从而提高性能。
减少内存使用： 通过使用不同大小的 Slab，可以优化内存使用。
简化内存管理： Slab 内存池自动化对象分配和释放，简化了内存管理。

代码示例

以下代码示例展示了如何使用 Slab 内存池分配和释放一个对象：

#include <linux/slab.h>

struct my_object {
    int data;
};

static struct kmem_cache *my_cache;

void *alloc_object(void) {
    return kmem_cache_alloc(my_cache, GFP_KERNEL);
}

void free_object(void *object) {
    kmem_cache_free(my_cache, object);
}

int main(void) {
    my_cache = kmem_cache_create("my_cache", sizeof(struct my_object), 0, SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
    
    struct my_object *object = alloc_object();
    // 使用 object ...
    free_object(object);
    
    kmem_cache_destroy(my_cache);
    return 0;
}