Linux slab分配器详解

"这篇资料主要介绍了Linux操作系统中的基于伙伴算法的slab分配器。课程由朱长征老师讲授，属于操作系统课程的核心内容，适合有一定计算机基础知识的学生学习。课程包括操作系统的基础理论，特别是操作系统概论、操作系统的目标和服务，以及操作系统的结构。其中，slab分配器部分探讨了为何需要slab分配器、其基本结构和操作，还通过实例进行了讲解。参考书目提供了多本知名教材，如孙钟秀的《操作系统教程》和Silberschatz的《操作系统概念》等，以供深入学习。" 在操作系统中，slab分配器是一种高效管理内存的机制，特别是在Linux内核中广泛使用。它的设计目的是解决传统内存分配器在处理大量小对象分配时的性能问题。slab分配器的基本思想是预先分配一大块物理内存，并将其划分为多个称为slabs的连续区域，每个slab包含一组相同大小的对象。这样，当需要分配新的对象时，slab分配器可以快速从已初始化的空闲对象池中分配，而不是每次都从底层的物理内存进行零填充，大大减少了内存碎片和CPU开销。 1. 为什么要使用slab分配器？ - 避免频繁的内存分配和释放操作带来的开销 - 减少内存碎片，提高内存利用率 - 优化对小对象的管理，提高分配速度 2. slab的结构 - 分为active slab和inactive slab，active slab包含有活动对象，而inactive slab则为空或几乎为空，等待回收和再利用 - 每个slab内部，对象按页对齐，便于管理和缓存友好 - slabs组织成一个伙伴系统，以便快速找到合适大小的内存块 3. slab的操作 - 分配：根据对象大小，找到合适的slab，从其空闲对象列表中分配 - 释放：归还的对象会被放入slab的空闲列表，如果整个slab变为空，可能归还给伙伴系统 - 调整：当需求变化时，slab分配器可以分裂或合并slabs以适应新的需求 slab分配器通过精细的内存管理，实现了内存分配的高效性和低开销，对于现代操作系统中的并发和实时性需求至关重要。通过学习这部分内容，学生可以深入理解Linux内核如何有效地管理内存，这对于操作系统设计和优化具有重要意义。