Linux内核之内核缓冲区的管理

Linux内核采用slab方法来管理内核缓冲区，slab类似于面向对象的方法进行内核区的分配和回收。

 

1. slab可能由1个，2个，4个.......最多32个连续的物理页面构成；

2. 每个slab都有slab的描述结构slab_t，用于同一种对象或多个slab通过描述结构队列头形成一个双向链队列。每个slab结构逻辑上分成3段，对一段是各个slab上所有的对象都已分配使用；第二个是各个slab已经部分使用；最后一段是各个slab上的全部对象都处于空闲状态。

3. 每个slab上都有一个对象区，这是对象数据结构的数组，以对象的序号为下标就可以得到具体对象的起始地址；

4. 每个slab上还有一个对象链接数组，用来实现一个空闲对象链；

5. 每个slab上有个字段，表明slab上第一个空闲的对象；

6. slab上还有一个计数器，当一个空闲对象分配时，计数器加1，并从空闲队列中脱链；

7. 当释放一个对象时，只要调整链接数组中的相应元素以及计数器，并且根据此slab的使用情况调整其在slab中的位置；

8. slab的头部都有一个着色区，用来和高速缓存对齐，并且每个slab的着色区尽量安排成不同大小，以使得不同slab上的同一位置的对象的起始地址在高速缓冲中相互错开；

9. 每个slab上最后一个对象也有一个小小的废料区是不用的，这是对着色区的补偿。但该区域与着色区的总和对于同一种对象的各个slab是个常数；

 

系统有个总的slab队列，其对象是各个其它对象的slab队头，其对象是各个其他对象的slab队头。对于大对象和小对象，slab结构略有不同。小对象的控制结构不是放在它所在的slab上，而是集中放置在另外的slab上。并非所有内核的数据结构都使用专用的缓冲区队列，一些不太常用的或初始化开销不大的还是使用通用的缓冲机制。

 

所以Linux中还有既类似于物理页面中所采用按大小分配的方法，又采用slab方式管理的通用缓冲池，称为slab_cache与cache_cache不同，它的顶层不是一个队列而是一个结构数组，数组中的每个元素指向一个不同的slab队列。这些slab队列的不同之处在于所载对象的大小，最小32，64直至128K。

 

分配一个不具slab队列的数据结构而不必为之使用整个页面时，就应该通过kmalloc()分配，释放是kfree();大小接近一个页面时，使用alloc_pages()。

vmalloc（）从内核虚拟空间（3G以上）分配一块虚存以及物理内存，类似于系统调用brk（）；只不过brk（）是由进程在用户空间启动并从用户空间分配，而vmalloc（）则是在系统空间启动并分配的。由vmalloc（）分配的空间不会被kswapd换出，因为kswapd只扫描各进程的用户空间；对于kmalloc（）分配的空间，kswapd只是在各个slab队列中寻找和收集空闲不用的slab，不会将尚在使用的slab所占的页面换出