cpp
void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags)
{
void *ret = slab_alloc(s, gfpflags, _RET_IP_);
trace_kmem_cache_alloc(_RET_IP_, ret, s->object_size,
s->size, gfpflags);
return ret;
}
static __always_inline void *slab_alloc(struct kmem_cache *s,
gfp_t gfpflags, unsigned long addr)
{
return slab_alloc_node(s, gfpflags, NUMA_NO_NODE, addr);
}
https://elixir.bootlin.com/linux/v5.4.285/source/mm/slub.c#L2822
可以看到,核心函数是
https://elixir.bootlin.com/linux/v5.4.285/source/mm/slub.c#L2727
二、关键代码逻辑分解
struct kmem_cache用s表示
struct kmem_cache_cpu用c表示
struct kmem_cache_node用n表示
slub内存申请逻辑包括快速通道和慢速通道。我们把slub的申请速度由快到慢分为以下5个速度级别,L1速度最快,L5速度最慢。
- 从c->freelist获取obj为L1
- 从c->page获取obj为L2
- 从c->partial获取obj为L3
- 从n->parital获取obj为L4
- 从alloc_pages中获取obj为L5
下面结合源码依次分析slub的申请流程:

- L5路径
刚开始无slub缓存,走慢速路径,最慢速的路径只能从伙伴系统中申请一个slub。会调用new_slab函数申请一个slab,并填充page中freelist=start,page->inuse=page->objects,page->frozen=1;同时填充obj为单向链表,然后迁移到c->freelist中,同时page->freelist=NULL,然后返回第一个空闲的object。


- L1路径
L1路径即c->freelist!=NULL,则直接从c->freelist拿一个obj。

如果第一个slub通过慢慢申请殆尽,需要重新申请个slub,老的slub游离,同时把该slub的page->frozen=0

- L2路径
随着slub中的object申请释放,c->freelist的object为NULL,而c->page!=NULL,此时需要从c->page->freelist迁移到c->freelist中,在slab_alloc_node函数中判断c->freelist为NULL,未关中断,则进入__slab_alloc函数中,在此函数中local_irq_save关中断,此时有可能c->freelist被释放了,因此在___slab_alloc函数中判断c->page不为空,此时还需要判断c->freelist,如果不为空,则从c->freelist中获取obj,如果为空,则通过freelist =get_freelist(s, page)函数获取。重点看下get_freelist函数
1. 预处理与事务同步
cpp
s = slab_pre_alloc_hook(s, gfpflags);
- 作用:调用预处理钩子函数,可能涉及内存控制组(memcg)的检查或调试功能(如KASAN)
- 返回值 :若缓存无效(如被销毁),则直接返回
NULL
。
2. 事务ID与CPU缓存同步
cpp
do {
tid = this_cpu_read(s->cpu_slab->tid);
c = raw_cpu_ptr(s->cpu_slab);
} while (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT) && unlikely(tid != READ_ONCE(c->tid)));
- 关键机制 :
- 事务ID(
tid
):全局唯一性标识,用于检测并发操作(如抢占导致缓存状态变化) - 循环检查 :在启用抢占(
CONFIG_PREEMPT
)时,确保读取的tid
与当前CPU缓存的tid
一致,避免因线程切换导致数据不一致
- 事务ID(
3. 内存屏障与操作顺序保证
cpp
barrier();
- 作用 :确保在读取
c->freelist
和c->page
前,tid
的加载操作已完成,防止乱序执行引发竞态条件
4、后处理与安全性
cpp
maybe_wipe_obj_freeptr(s, object);
if (unlikely(slab_want_init_on_alloc(...)))
memset(object, 0, s->object_size);
slab_post_alloc_hook(s, gfpflags, 1, &object);
- 关键操作 :
- 擦除空闲指针:防止信息泄漏(如KASAN检测)
- 对象初始化 :根据
__GFP_ZERO
标志清零对象内存。 - 后处理钩子:更新内存统计、调试信息或触发内存回收
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