SLAB 分配器详解

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SLAB 分配器详解

Linux 内核长期采用 SLAB 分配器来管理内核对象的缓冲区。然而，随着系统规模的增加，SLAB 显现出不足。SLUB 分配器在 Linux 内核 2.6.22 版本中引入，旨在解决 SLAB 的问题，提供更优的性能和内存使用效率。

内核对象管理的核心问题是高效分配与回收内存空间，减少碎片。SLAB 分配器基于 Solaris 2.4 的分配算法，高效管理特定大小对象的缓存，满足内核特殊需求。

SLAB 分配器为每种对象建立缓冲区，使用伙伴系统管理物理内存页框，从而快速、高效地进行内存分配。每个 slab 是一组连续的物理内存页框，被划分为固定数量的对象。对象状态分为已分配与空闲，以优化内存管理。

SLAB 分配器通过构造函数与析构函数处理对象生命周期，类似于面向对象编程中的概念，但现代版本已取消析构函数。每个 slab 由 slab 结构描述其状态，包含空闲对象数组。

SLUB 分配器简化设计理念，优化多处理器与 NUMA 系统的性能与可扩展性，降低内存浪费。它保留 SLAB 的接口 API 函数，确保内核模块无缝迁移。

SLUB 分配器的 kmem_cache 结构简化，没有队列字段，具有缓冲区合并功能，减少了大约 50% 的缓冲区数目，提高内存利用率。slab 结构包含对象指针、已分配对象数与缓冲区指针，直接描述自身。

每个处理器维护本地活动 slab，kmem_cache_cpu 结构描述本地 slab 状态。SLUB 分配器优化 slab 管理，减少 Partial 状态 slab 数量，合理利用内存。释放对象时，SLUB 不需要复杂的回收机制。

SLUB 分配器提供动态调试功能，便于用户选择缓冲区进行调试。通用对象缓冲区由 kmalloc 函数分配，满足不频繁请求的内存分配需求。

SLUB 分配器保留 SLAB 的 API 函数接口，确保内核模块的兼容性。测试表明，SLUB 相较 SLAB 性能提升约 5-10%，未来将全面取代 SLAB。