内存管理篇-13slab、slob和slub分配器

---这里讲得还不是很细节。需要结合其他资源和源码分析。

1.实现机制和介绍

slab机制是对伙伴系统的补充和改进，主要是因为伙伴系统的粒度最小是页，需要进一步细化粒度，因此引入了slab机制。slab机制从伙伴系统统申请到页后，进行切割成大小相同的free object。图中特意举例了tash_struct inode_cache kmalloc-1k几个场景，是由于他们在内核中会频繁的申请和释放，因此内核需要一个这样的小的且不同的大小的内存释放申请机制。于是就有了slab slob slub分配器。

Slab 分配器是 Linux 内核中最经典的缓存管理机制之一，它通过预分配固定大小的对象来减少内存碎片，并提供高效的缓存管理。

缓存管理: Slab 分配器维护了一个缓存层次结构，其中每个缓存都有一个特定的对象大小。
对象预分配: 当需要分配对象时，Slab 分配器会预先分配一定数量的对象，并将它们存储在一个称为"slab"的结构中。
对象释放: 当对象不再使用时，它们不会立即返回给操作系统，而是保留在缓存中，供后续请求重用。
对象重用: Slab 分配器能够高效地重用已分配的对象，从而减少了内存分配和释放的开销。

Slob 分配器是 Slab 分配器的一个变种，它允许对象大小有一定的变化范围，而不是严格固定。

动态大小: Slob 分配器支持动态大小的对象，它可以为不同大小的对象分配不同的 slab。
内存池: Slob 分配器使用内存池来管理不同大小的对象，从而提高了灵活性。
缓存管理: Slob 分配器也维护了一个缓存层次结构，用于管理不同大小的对象。

Slub 分配器是现代 Linux 内核中默认使用的缓存管理机制，它结合了 Slab 和 Slob 分配器的优点，并引入了一些新的特性。

简化: Slub 分配器比 Slab 和 Slob 分配器更简单，减少了内存管理的复杂性。
对象大小: 支持动态大小的对象。
缓存管理: Slub 分配器维护了一个缓存层次结构，用于管理不同大小的对象。
内存跟踪: Slub 分配器提供了更好的内存跟踪和调试能力。
NUMA 支持: Slub 分配器改进了 NUMA 环境下的内存分配性能。

2.核心结构体

slab的架构，主要就是通过三个结构体搭建起来的。kmem_cache, kmem_cache_cpu, kmem_cacahe_node.

kmem_cache主要管理具有相同大小内存块的slab，系统会申请多个kmem_cache进行管理不同大小的slab，每个kmem_cache之间连起来。

成员1：struct kmem_cache_node *node $N$ , 结构体指针数组，每个node有一个元素，指针指向了一个slab链表。这片内存放在哪里呢？是不是每个node上分配一片小的区域给slab分配器使用？
成员2：struct kmem_cache_cpu __percpu *cpu_slab，__percpu宏表示每个cpu都有本地缓存，这里应该指的是从内存中拷贝多份内存，供多个CPU缓存起来。
slab实际上就是一个来自伙伴系统的内存块，freelist指针指向空闲的对象，
struct page *partial；指的时未分配使用的slab，需要保存起来。假如第一次从伙伴系统申请了4K的内存，构造了32B大小的slab2，用户用无法申请后，此时用户再从partial申请，用freelist指针指向它。？？
slab申请内存的时候，先从本地cpu的缓存slab申请，如果本地的申请完了，就会从node节点上申请。如果两个地方的都用完了，就会再去伙伴系统重新申请。

3.实践

cpp 复制代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>

//假如我们内核中需要频繁的创建和释放这个student结构体，因此我们就需要slab缓存提高它的性能
struct student {
    int id;
    int age;
    float score;
    void (*print_score)(int id);
    void (*print_age)(int id);
};

struct kmem_cache *stu_cache;
struct student *p;

void stu_ctor(void *p)
{
    ;// 回调函数，在create的时候会调用它，内核一般是这样初始化init object here
}
static int __init hello_init(void)
{
    //创建slab的时候，会指定回调函数，创建对象的时候就会回调，失败会发送panic信息
    stu_cache = kmem_cache_create("student", sizeof(struct student), 0, SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT,stu_ctor);
    BUG_ON(stu_cache == NULL);
    printk("stu_cache = %x\n", (unsigned int)&stu_cache);
    
    p = kmem_cache_alloc(stu_cache, GFP_KERNEL);
    if(p)
    {
        printk("p object size = %x\n", sizeof(*p));
        printk("p object size = %d\n", sizeof(struct student));      
    }
    
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
    kmem_cache_free(stu_cache, p);
    kmem_cache_destory(stu_cache);
}

问题：这里struct student是20字节，但是slabino显示的objsize是24字节，为什么？因为freelist二级指针，它会多一个指针的空间指向下一个内存区域