Linux内存管理之slab分配器分析(五)

九：几点补充：

1: Slab中使用的页面都会加上“PG_slab”标志，以跟一般的页面区别。另外，在释放内存的时候，经常需要用到从页面到slab的对应转换关系。那是怎样标识的呢？

关于标志：

注意有以下代码：

static void *kmem_getpages(kmem_cache_t *cachep, int flags, int nodeid)

{

     ……

     while (i--) {

         //为分得的每一个页面设置PG_slab标志

         SetPageSlab(page);

         page++;

     }

……

}

关于从页面到slab的转换：

  向伙伴系统请求内存

static int cache_grow (kmem_cache_t * cachep, int flags)

{

     ……

     //请求内存过后，设置内存属性

set_slab_attr(cachep, slabp, objp);

……

}

static void set_slab_attr(kmem_cache_t *cachep, struct slab *slabp, void *objp)

{

     int i;

     struct page *page;

     //计算页面总数

     i = 1 << cachep->gfporder;

     //虚拟地址转换成相应页面

     page = virt_to_page(objp);

     do {

         // #define    SET_PAGE_CACHE(pg,x)  ((pg)->lru.next = (struct list_head *)(x))

         SET_PAGE_CACHE(page, cachep);

         #define  SET_PAGE_SLAB(pg,x)   ((pg)->lru.prev = (struct list_head *)(x))

         SET_PAGE_SLAB(page, slabp);

         page++;

     } while (--i);

}

从上面的函数可以看出，pg->lru.next指向它所在的cache pg->lru.prev指向它所在slab

在代码中，用slabp = GET_PAGE_SLAB(virt_to_page(objp))来计算对象所在的slab

GET_PAGE_SLAB定义如下：

#define  GET_PAGE_SLAB(pg)     ((struct slab *)(pg)->lru.prev)

所以，只要直接取pg的lru.prev即可。

Slab的这部份设计很高效，很巧妙

2:在上述代码中，经常用到slab_bufctl的操作，下面就来详细分析一下：

先来看下cache中的slab大小的计算。即cache的slab_size字段：

kmem_cache_t * kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align,

     unsigned long flags, void (*ctor)(void*, kmem_cache_t *, unsigned long),

     void (*dtor)(void*, kmem_cache_t *, unsigned long))

{

     ……

     slab_size = ALIGN(cachep->num*sizeof(kmem_bufctl_t) + sizeof(struct slab), align);

     ……

}

Cachep->num:slab中的object个数

从上面可以看到，slab_size已经包括了num个kmem_bufctl_t大小，也可以理解成有num个元素的kmem_bufctl_t数组。实际上kmem_bufctl_t又被定义为：unsigned short

typedef unsigned short kmem_bufctl_t;

slab_bufctl（）用来计算kmem_bufctl_t数组的首地址。代码如下：

static inline kmem_bufctl_t *slab_bufctl(struct slab *slabp)

{

     return (kmem_bufctl_t *)(slabp+1);

}

我们接着看一下，kmem_bufctl_t数组如何被初始化。初始化是在新增一个slab 的时候，看下相应的代码：

static int cache_grow (kmem_cache_t * cachep, int flags)

{

     …

     cache_init_objs(cachep, slabp, ctor_flags);

….

}

在对每个对象初始化的时候：

static void cache_init_objs (kmem_cache_t * cachep,

              struct slab * slabp, unsigned long ctor_flags)

{

     int i;

     //i为页面在slab中的序号

     for (i = 0; i < cachep->num; i++) {

         void* objp = slabp->s_mem+cachep->objsize*i;

……

……

         slab_bufctl(slabp)[i] = i+1;

     }

     slab_bufctl(slabp)[i-1] = BUFCTL_END;

     slabp->free = 0;

}

初始化之后，kmem_bufctl_t数组中的值如下图所示：

从上面的分析可以看到，slab中的free字段与kmem_bufctl_t数组中的值会错开一个值。

再来看从slab中分配对象的时候：

static void* cache_alloc_refill(kmem_cache_t* cachep, int flags)

{

     while (slabp->inuse < cachep->num && batchcount--) {

         ……

         //取当前free值

         ac_entry(ac)[ac->avail++] = slabp->s_mem + slabp->free*cachep->objsize;

         slabp->inuse++;

              //使free指向下一项.下一项的值即为数组中的free项

              next = slab_bufctl(slabp)[slabp->free];

              slabp->free = next;

     }

     ……

 

}

释放对像的时候：

static void free_block(kmem_cache_t *cachep, void **objpp, int nr_objects)

{

     ……

     slab_bufctl(slabp)[objnr] = slabp->free;

     slabp->free = objnr;

     ……

 

}

结合上面的初始化可以看到，有这样的一个规律：

kmem_bufctl_t数组中的slabp->free项的值就是下一个空闲对像的序号。结合这一样就能很好的理解这一部份代码了

十：kmalloc()/kfree()的实现

Kmalloc/kfree的实现其实跟上面是所讨论的是一样的，所不同的是。上面讨论的是属于专用cache，这里所讨论的普通cache.也可以这样说：专用cache是从数据结构方面来管理内存的。普通cache是以大小来管理的。

我们在前面曾讨论过，slab分配器按大32*(2^0),32*(2^1),32*(2^2) ….32*(2^12)大小，共划分了13个区域。Kmalloc()根据所申请的数据大小，选择合适的cache分配内存

代码如下示：

void * __kmalloc (size_t size, int flags)

{

     struct cache_sizes *csizep = malloc_sizes;

     //取得相应大小的普通cache

     for (; csizep->cs_size; csizep++) {

         if (size > csizep->cs_size)

              continue;

#if DEBUG

         /* This happens if someone tries to call

          * kmem_cache_create(), or kmalloc(), before

          * the generic caches are initialized.

          */

         BUG_ON(csizep->cs_cachep == NULL);

#endif

         //按请求内类型从不同的cache中分配内存

         //__cache_alloc这函数我们在上面已经详细的分析过了

         return __cache_alloc(flags & GFP_DMA ?

               csizep->cs_dmacachep : csizep->cs_cachep, flags);

     }

     return NULL;

}

Kfree的实现代码：

void kfree (const void *objp)

{

     kmem_cache_t *c;

     unsigned long flags;

 

     if (!objp)

         return;

     local_irq_save(flags);

     kfree_debugcheck(objp);

     //取得对象所对应的CACHE

     c = GET_PAGE_CACHE(virt_to_page(objp));

     //从cache中释放object

     //__cache_free这函数我们在前面已经分析过了

     __cache_free(c, (void*)objp);

     local_irq_restore(flags);

}

十一：总结：

Slab分配器中有很多值得仔细研读的代码。与2.4相比，2。6内核新增了两个缓冲结构，一个是AC，另一个是share。有效的缓减了对伙伴系统的压力