面试不懂 Linux 内存管理？我用 20 张图给你讲明白( 四 ) _Linux

分配实例比如：我需要申请4个页框，但是长度为4个连续页框块链表没有空闲的页框块，伙伴系统会从连续8个页框块的链表获取一个，并将其拆分为两个连续4个页框块，取其中一个，另外一个放入连续4个页框块的空闲链表中。释放的时候会检查，释放的这几个页框前后的页框是否空闲，能否组成下一级长度的块。
命令查看[lemon]]# cat /proc/buddyinfo Node 0, zoneDMA10002110113 Node 0, zoneDMA323198410849404773403021848911806732330 Node 0, zoneNormal4243837404160354386610121223001slab分配器看到这里你可能会想，有了伙伴系统这下总可以管理好物理内存了吧？不，还不够，否则就没有slab分配器什么事了。
那什么是slab分配器呢？
一般来说，内核对象的生命周期是这样的：分配内存-初始化-释放内存，内核中有大量的小对象，比如文件描述结构对象、任务描述结构对象，如果按照伙伴系统按页分配和释放内存，对小对象频繁的执行「分配内存-初始化-释放内存」会非常消耗性能。
伙伴系统分配出去的内存还是以页框为单位，而对于内核的很多场景都是分配小片内存，远用不到一页内存大小的空间。slab分配器，「通过将内存按使用对象不同再划分成不同大小的空间」，应用于内核对象的缓存。
伙伴系统和slab不是二选一的关系，slab 内存分配器是对伙伴分配算法的补充。
大白话说原理对于每个内核中的相同类型的对象，如：task_struct、file_struct 等需要重复使用的小型内核数据对象，都会有个 slab 缓存池，缓存住大量常用的「已经初始化」的对象，每当要申请这种类型的对象时，就从缓存池的slab 列表中分配一个出去；而当要释放时，将其重新保存在该列表中，而不是直接返回给伙伴系统，从而避免内部碎片，同时也大大提高了内存分配性能。
主要优点

slab 内存管理基于内核小对象，不用每次都分配一页内存，充分利用内存空间，避免内部碎片。
slab 对内核中频繁创建和释放的小对象做缓存，重复利用一些相同的对象，减少内存分配次数。

数据结构

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slab分配器
kmem_cache 是一个cache_chain 的链表组成节点，代表的是一个内核中的相同类型的「对象高速缓存」，每个kmem_cache 通常是一段连续的内存块，包含了三种类型的 slabs 链表：

slabs_full (完全分配的 slab 链表)
slabs_partial (部分分配的slab 链表)
slabs_empty ( 没有被分配对象的slab 链表)

kmem_cache 中有个重要的结构体 kmem_list3 包含了以上三个数据结构的声明。

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kmem_list3 内核源码
slab 是slab 分配器的最小单位，在实现上一个 slab 由一个或多个连续的物理页组成（通常只有一页）。单个slab可以在 slab 链表之间移动，例如如果一个「半满slabs_partial链表」被分配了对象后变满了，就要从 slabs_partial 中删除，同时插入到「全满slabs_full链表」中去。内核slab对象的分配过程是这样的：

如果slabs_partial链表还有未分配的空间，分配对象，若分配之后变满，移动 slab 到slabs_full 链表
如果slabs_partial链表没有未分配的空间，进入下一步
如果slabs_empty 链表还有未分配的空间，分配对象，同时移动slab进入slabs_partial链表
如果slabs_empty为空，请求伙伴系统分页，创建一个新的空闲slab，按步骤 3 分配对象

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slab分配图解
命令查看上面说的都是理论，比较抽象，动动手来康康系统中的 slab 吧！你可以通过 cat /proc/slabinfo 命令，实际查看系统中slab 信息。

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slabinfo查询
slabtop 实时显示内核 slab 内存缓存信息。

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slabtop查询
slab高速缓存的分类slab高速缓存分为两大类，「通用高速缓存」和「专用高速缓存」。
通用高速缓存slab分配器中用 kmem_cache 来描述高速缓存的结构，它本身也需要 slab 分配器对其进行高速缓存。cache_cache 保存着对「高速缓存描述符的高速缓存」，是一种通用高速缓存，保存在cache_chain 链表中的第一个元素。