Linux内核：内存管理——Slab分配器

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深入解析Linux内核：内存管理的艺术——SLAB分配器

在Linux内核的世界里，内存管理是一项至关重要的任务。其中，SLAB分配器扮演着关键角色，它解决了页框分配器的大页框浪费问题，通过专用SLAB（如TCP）和普通SLAB（如kmalloc-8, kmalloc-16等）实现了高效而灵活的内存管理。通过执行`cat /proc/slabinfo`，我们可以窥探SLAB的运行状态。

SLAB的核心理念在于对象大小的固定性，这有助于减少内存碎片，提高内存使用效率。kmem_cache（SLAB缓存）是其最高层级的数据结构，它负责描述和管理SLAB及其对象。内核模块通过kmem_cache_create定制化的SLAB，确保内存管理的灵活性。

kmem_cache结构内部，对象大小(object_size)与SLAB的全局配置如gfporder和num保持同步。每个NUMA节点的SLAB管理由struct kmem_cache_node数组负责，它支持分布式内存管理，确保了内存的均衡分配。

在kmem_cache的内部结构中，SLAB链表是关键部分，包括slabs_partial、slabs_full和slabs_free。slabs_partial存储部分使用的SLAB描述符，slabs_full则是所有对象的链表，而slabs_free则记录空闲的SLAB。这些链表通过spinlock_t lock进行同步，确保了在分配和回收过程中的线程安全。

SLAB设计巧妙，如SLUB（Simple Low Overhead Buffering）和SLOB（Simplified Low Overhead Buffering）结构，它们结合了计数器、活跃对象和动态链表，以实现内存的高效分配。SLAB描述符还包括页标志、对象地址指针和空闲对象链表，这些细节都在CONFIG_SLUB配置中有所体现。

SLAB描述符中的freelist和填充区域的优化，以及对象地址的着色设计，都是提高内存利用率的重要手段。内存着色通过添加偏移量避免同一行内存冲突，提升了性能。本地CPU和共享链表的组合，形成了SLAB分配器的高效运作框架，优先级分配原则保证了快速响应。

了解这些细节后，我们发现SLAB分配器是Linux内核内存管理的精髓所在，它在内存分配和回收的过程中，巧妙地平衡了效率与灵活性。通过深入研究这些内部机制，我们可以更好地理解和优化我们的系统内存使用。

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原文作者：tolimit

原文地址：linux内存源码分析 - SLAB分配器概述

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经过上述的精炼与重构，文章内容更加清晰，突出了SLAB分配器在Linux内核内存管理中的核心作用和关键细节，为读者提供了深入理解内存管理的窗口。