关于linux kernel slab内存管理的一点思考

linux kernel 内存管理是个很大的话题，这里记录一点个人关于slab模块的一点思考总结。

有些书把slab介绍成高速缓存，这会让人和cache，特别是cpu cache混淆，造成误解。slab最开始的目的是解决频繁内存分配的效率问题，所以把频繁分配回收的对象，预先分配并初始化好，后面的对象分配回收主要就是对象管理数据的维护工作。
linux kernel 通过把整个物理内存划分成以一个个page进行管理，管理器就是伙伴系统，它的最小分配单元就是page。但是对于小于page的内存分配，如果直接分配一个page，是一个很大的浪费。linux kernel 通过slab来实现对小于page大小的内存分配。slab把page按2的m次幂进行划分一个个字节块，当kmalloc申请内存时，通过slab管理器返回需要满足申请大小的最小空闲内存块。
slub主要是针对slab的对象管理数据的优化版本，相比于slab，slub提供更小的管理成本开销。而且slub对多核系统的支持也更加友好。细节这里就不展开讲。
所以kernel的内存管理是个2层分层系统，从下往上依次为：

1. 第一层为全部物理内存：其管理器为伙伴系统，最小管理单位为page；
2. 第二层为slab page：其管理器为slab/slub，最小管理单位为2的m次幂的字节块；

另外为了解决多核和NUMA架构下效率问题，slab管理器kmem_cache又把slab page对象分为2层结构，从下往上依次为：

1. 第一层为NUMA node下cpu共享page：管理器为kmem_cache_node，管理node下的slab对象，解决NUMA架构的内存访问效率问题。当本层的空闲page不足时，从伙伴系统申请空闲page；
2. 第二层为per-cpu专属page：管理器为kmem_cache_cpu，管理cpu专属的slab对象，解决多核竞争问题。当本层的空闲page不足时，从第一层申请空闲page；

可以看出，kernel内存管理大量使用了分层抽象的思想，这也是软件设计中控制复杂度最常见的手段。

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