23 | 瞧一瞧Linux：SLAB如何分配内存？

回答有的同学关于为什么是196大小的问题 这里196大小的对象，应该是专门针对256B以下小内存进行的优化，正常情况支持的对象大小都是2的n次方，2的七次方是128，8次方就是256了。所以这里在不违反缓存对其的前提下，单独支持了196大小的对象。 如果cache line 是32的话，192/32=6，也是缓存对其的，那么如果申请的内存在129到192之间时，就不必去分配256大小的对象，而是可以分配192大小的对象，可以在满足缓存对齐的前提下节省空间。 除了192，另外在2的6次方和7次方之间，也特殊支持了96b大小的对象，同样是类似的原理。 理论上能够背cache line大小整除的都可以特殊支持，只不过256以上的对象可能不常见，slab申请了特殊大小的对象却没有人用，反倒是一种浪费

一、数据结构 系统有一个全局kmem_cache_node数组，每一个kmem_cache_node结构，对应一个内存节点 kmem_cache_node结构，用三个链表管理内存节点的全部kmem_cache【slab管理结构】，包括： slabs_partial，对象部分已分配的kmem_cache结构； slabs_full，对象全部已分配的kmem_cache结构； slabs_free ，对象全部空闲kmem_cache结构； kmem_cache结构，slab管理头，包括： array_cache，每个CPU一个，用于管理空闲对象。 array_cache的entry数组，用于管理这些空闲对象，出入遵循LIFO原则； num，表示对象个数； gfporder，表示页面的大小 (2^n)； colour，表示着色区大小。着色区，主要利用SLAB划分对象剩余的空间，让SLAB前面的几个对象，根据cache line大小进行偏移，以缓解缓存过热的问题，防止Cache地址争用，防止引起Cache抖动； 此外，全局有一个slab_caches链表中，记录了系统中全部的slab 二、初始化 全局有一个kmem_cache结构，kmem_cache_boot，用于初始化 全局有一个kmem_cache_node数组结构init_kmem_cache_node，用于初始化 x86_64_start_kernel->x86_64_start_reservations->start_kernel->mm_init -> kmem_cache_init 1、将变量kmem_cache指向静态变量kmem_cache_boot 2、初始化全局的init_kmem_cache_node结构 3、调用create_boot_cache，初始化kmem_cache_boot结构 4、将kmem_cache_boot其加入全局slab_caches链表中 5、调用create_kmalloc_cache，建立第一个kmem_cache，供kmalloc函数使用 6、调用init_list函数，将静态init_kmem_cache_node，替换为用kmalloc生成的kmem_cache_node 7、 调用create_kmalloc_caches，创建并初始化了全部 kmalloc_caches中的kmem_cache 路径为：kmem_cache_init->create_kmalloc_caches-> new_kmalloc_cache-> create_kmalloc_cache 三、对象分配 kmalloc->__kmalloc->__do_kmalloc ->kmalloc_slab 从kmalloc_caches中，根据类型和大小，找到对应的 kmem_cache ->slab_alloc->__do_cache_alloc->____cache_alloc 1、第一级分配，如果array_cache.entry中有空闲对象，直接分配 2、如果一级分配失败，调用cache_alloc_refill，进行第二级分配 ->->cache_alloc_refill从全局的slab中进行refill 1、如果没有空闲对象，而且shared arry没有共享对象可用，需要扩容 2、如果shared arry有空闲对象，直接分配，否则继续 3、尝试从kmem_cache_node结构中其它kmem_cache获取slab页面 4、如果都失败了就扩容 如果一、二级分配都失败了，那就扩容，并进行第三级分配： 1、再次尝试在不扩容情况下，分配新的kmem_cache并初始化，如果成功就返回 2、调用cache_grow_begin 函数，找伙伴系统分配新的内存页面，找第一个 kmem_cache 分配新的对象，来存放 kmem_cache 结构的实例变量，并进行必要的初始化 3、调用 cache_grow_end 函数，把这页面挂载到 kmem_cache_node 结构的空闲链表中 4、返回一个空闲对象 四、对象回收 kfree->__cache_free->___cache_free->__free_one 将对象清空后，还给了CPU的对应的array_cache

既然已经有了slab分配机制，为什么在用户态还有ptmalloc以及tcmalloc？它们侧重点有什么不一样

之前学 netty，netty 中用到了伙伴算法实现内存分配与释放，说下 netty 中的实现吧： 首先会预申请一大块内存 PoolArena，内部由 6 个 PoolChunkList，和俩个 PoolSubpage[] ● 6 个 PoolChunkList：分别是 qInit、q000、q025、q050、q075、q100 ○ Netty 根据 PoolChunk 的使用率，将他们分别放入对应的 PoolChunkList 中，目的减少内存碎片 ○ 每个 PoolChunk 默认 16MB，每个 PoolChunk 有划分为 2048 个 Subpage，每个 Subpage 8KB，16MB/2048 = 8KB ○ PoolChunk 划分的 2048 个 8KB 的 Subpage 构成满二叉树 ● PoolSubpage[]：用于分配小于 8KB 的内存 ○ PoolSubpage[] 中的元素是指向 8KB 大小的 Subpage 地址，同时又把 8KB 的 subpage 分割成大小相等的段，比如 32B，64B...... 分配大于 8 KB 的内存，直接走 PoolChunk 对应满二叉树，这样们更好的避免内存碎片，比如： ○ 先分配 8KB：需要一个 Page ，满二叉树最下一层满足要求，故分配这层的第一个节点page0 ○ 在分配 16KB：需要两个Page ，满二叉树倒数第二层满足要求，因为这层的下一层的第一个节点page0已被分配，所以选这层第二个节点，就是相当分配 page2和page3 ○ 在分配 8KB：需要一个 Page ，满二叉树最下一层满足要求，page0 以占用，往后page1可用，直接分配 经过这样分配，最终分配的是page0、page1、page2、page3 刚好这四个页是连续的。 对于小于 8KB 的分配：比如32B： ○ 定位到 PoolSubpage[] 中的元素，看有没有值，没有代表之前没有分配过，执行分配，有值代表之前分配过 32B 的空间 ○ 如果没有分配过，那么先取一个 8KB的page，将数组中对应的元素指向该page ○ 在将 8KB 的page 按 32B 划分成相等的段，然后取划分好的第一个 32B 的段拿出使用，并把该段标记为占用 ○ 等下次在分配 32B 的时候，先定位到数组对应的元素，有值代表之前分配过 32B 的空间，那么该元素指向的 page 已经是被按 32B 划分好的相同的小段 ○ 那么就可以直接从划分好的小段中，依次遍历，取出没有使用的那个 32B 的段来分配 也就是说，第一次分配小于 8KB (比如32B)的内存的时候，已经在内存中分配好了若干相同的32B 的段了，后续可以直接取用第一次分配好的 当然，其中还有很多细节，比如是否池化，内存释放之后，是直接归还，还是先缓存起来，下次在用，多线程申请的时候，怎么避免竞争等问题

打卡，看了记，记了忘，忘了看，内存的相关学习，我在路上

请教老师，为什么有的资料说struct page就是slab，您这里说kmem_cache是描述slab，有点糊涂。

请教老师，我看kmem_cache源码里的node是一个指向kmem_cache_node的指针数组，您这里给的是一个指针，如果是指针我是理解的，但是如果是指针数组，我不明白为什么需要多个node管理kmem_cache(slab头)

“在 Linux 中，SLAB 管理头用 kmem_cache 结构来表示，代码如下”，请问一下，作者引用的是linux的哪个内核版本的代码呀？

其实在 kmalloc_slab 函数已经写明了，最大是192，单位应该是B吧？

linux内核包括三种小对象管理方式，slab，slub和slob，其中slob效率较低用于嵌入式等，linux默认使用slub