日期:2014-05-16  浏览次数:20634 次

Linux Slob分配器(一)--概述

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    Slob分配器相较Slab和Slub分配器而言,最大的特点就是简洁,其总共的实现代码大概就600多行,因此其适用于嵌入式系统。不同于Slab和Slub,Slob分配器没有引入本地CPU高速缓存和本地节点的概念。Slob分配器同样使用链表来管理slob,不过总共只存在三个全局partial_free链表,这三个链表是按对象大小来划分的。


对于小于256字节的对象,将从free_slob_small链表中寻找slob进行分配

对于小于1024字节的对象,将从free_slob_medium链表中寻找slob进行分配

对于大于1024字节的对象,将从free_slob_large链表中寻找slob进行分配

对于大于PAGE_SIZE的对象,将直接通过伙伴系统分配,不经手Slob分配器

 

那么总共只有三个链表,Slob分配器的各类缓存怎么管理自己的空闲对象呢?实际上,所谓的不同类别的缓存都只是伪缓存,因为它们并没有专属自己的内存。当你在Slob分配器中创建一个缓存时,只是声明了该缓存的对象的大小size、对齐值align等,那么当要从该缓存分配对象时,将会根据size定位到相应的链表,寻求分配。因此专用缓存分配对象(kmem_cache_alloc())和普通缓存分配对象(kmalloc())并无太多区别,它们的对象都来源于这三个链表,只不过内核欺骗性的保留了这些接口而已。由此可以想象,struct kmem_cache这个结构在Slob分配器中是很简洁的


 

接下来的一个问题就是Slob分配器是如何描述slob的。在Slob分配器中,一个slob永远都是占用一个页框的大小,所以对于大于PAGE_SIZE的对象,会选择直接通过伙伴系统分配。Slob分配器将所有的slob组织在三个全局链表中,不过,这些slob的描述结构都不需要进行额外的分配。Slob分配器将描述slob的变量打包成一个结构,然后和页描述符struct page一起组成一个联合体,这样就可以直接利用页描述符已占有的空间,将页描述符中无关紧要的字段填充为slob的有效描述字段,这样便可以省下一笔内存了!



我们可以看到,实际上真正用于slob管理的项只有三个,即units,free和list.

free和list的意义已经很清楚明了了,现在来解释下slobidx_t units这个玩意。unit是slob的粒度,也就是说当你分配内存时,必须分配出去N个unit,所有的管理都是基于unit的。unit的大小根据PAGE_SIZE的不同而不同,通常情况下为2个字节,关于unit大小的定义:

既然slob的管理是基于unit的,那么units字段的含义也就很容易理解了,它表示的是slob中当前还剩余的空闲单元数目。

 

最后来讲讲最重要的一点,也就是slob是如何来组织空闲对象的。在slob中,更准确的说法不是对象而是块(block),因为之前已经讨论过了,一个slob中可以有多种缓存来分配对象,因此可能出现多种大小不同的块!对于任何一个块来说,都必须拥有自己的管理数据,才能和其他的块进行联系。在Slob中,空闲块总是按地址顺序,链式连接的。

对于不同类型的块来说,其管理数据也略有不同:

  • 对于空闲的普通块(占用的单元数大于1),则第一个单元用来填充块的大小,第二个单元用来填充下一个空闲块的偏移
  • 对于小得空闲块(只占用1个单元),则该单元填充下一个空闲对象的偏移的相反数,也就是说是一个负数
  • 对于已经分配出去的块,第一个单元用来填充块的大小

需要注意的是,第三点在分配普通缓存对象时才会存在,因为使用kfree时并不知道释放对象的大小,因此必须要在用kmalloc分配时就额外分配一个单元来记录块的大小,而分配专用缓存对象时,直接用sizeof()就可以知道释放对象的大小了! 为了便于访问前两个管理单元,Slob分配器声明了一个slob_block结构

这样只要获取了一个块的地址s,再通过s[0],s[1]即可访问管理数据。

 

在slob刚被创建时,其只有一个块,而且该块的大小等于PAGE_SIZE,当第一次分配时就将其分裂成两个块,一个块为objsize,另一个剩余块为PAGE_SIZE - objsize(不考虑对齐等因素产生的碎片),依次类推。Slob分配器采用的是first-fit算法,关于分配的具体过程,下