持续创作，加速成长！这是我参与「掘金日新计划 · 10 月更文挑战」的第24天，点击查看活动详情

伙伴系统在分配内存时是以物理页面为单位的，在实际中有很多内存需求是以字节为单位的，那么如果我们需要分配以字节为单位的小内存块，该如何分配呢？slab分配器就是用来解决小内存块分配问题的，也是内存分配中非常重要的角色之一。

slab分配器最终还使用伙伴系统来分配实际的物理页面，只不过slab分配器在这些连续的物理页面上实现了自己的机制，以此来对小内存块进行管理。

slab分配器产生的背景

内核常常需要分配几十字节的小内存块，若为其分配一个物理页面，则非常浪费内存。早期Linux内核实现了以2n字节为大小的内存块分配机制，这个机制非常类似于伙伴系统。这个简单的机制虽然减少了内存浪费，但是并不高效。一个更好的机制是Sun公司发明的slab机制，最早实现在Solaris 2.4操作系统中。slab机制有如下新特性。

把分配的内存块当作对象（object）来看待。对象可以自定义构造函数（constructor）和析构函数（destructor）来初始化对象的内容并释放对象的内容。 slab对象被释放之后不会马上丢弃而是继续保留在内存中，可能稍后会被用到，这样不需要重新向伙伴系统申请内存。 slab机制可以根据特定大小的内存块来创建slab描述符，如内存中常见的数据结构、打开文件对象等，这样可以有效地避免内存碎片的产生，也可以快速获得频繁访问的数据结构。另外，slab机制也支持按2n字节大小分配内存块。 slab机制创建了多层的缓冲池，充分利用了空间换时间的思想，未雨绸缪，有效地解决了效率问题。

slab分配器提供如下接口函数来创建、释放slab描述符和分配缓存对象。

#创建slab描述符
struct kmem_cache *kmem_cache_create(const char *name, size_t size, size_t align,  unsigned long flags, void (*ctor)(void *))
　
#释放slab描述符
void kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *s)
　
#分配缓存对象
void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *, gfp_t flags);
　
#释放缓存对象
void kmem_cache_free(struct kmem_cache *, void *);

kmem_cache_create()函数中有如下参数。

name：slab描述符的名称。
size：缓存对象的大小。
align：缓存对象需要对齐的字节数。
flags：分配掩码。
ctor：对象的构造函数。

在Intel显卡驱动中就大量使用kmem_cache_create()来创建自己的slab描述符。


drivers/gpu/drm/i915/i915_gem.c>
　
#创建名为"i915_gem_object"的slab描述符
void
i915_gem_load(struct drm_device *dev)
{
...
    dev_priv->slab =
       kmem_cache_create("i915_gem_object",
             sizeof(struct drm_i915_gem_object), 0,
             SLAB_HWCACHE_ALIGN,
             NULL);
...
}

void *i915_gem_object_alloc(struct drm_device *dev)
{
   #分配缓存对象
   return kmem_cache_zalloc(dev_priv->slab, GFP_KERNEL);
}

另外一个大量使用slab机制的接口函数是kmalloc()。kmem_cache_create()函数用于创建自己的缓存描述符，kmalloc()函数用于创建通用的缓存，类似于用户空间中C标准库malloc()函数。