19.slab分配器（简介及优点）

内核也必须经常分配内存，但无法借助于标准库的函数。上面描述的伙伴系统支持按页分配内存，但这个单位太大了。如果需要为一个10个字符的字符串分配空间，分配一个4 KiB或更多空间的完整页面，不仅浪费而且完全不可接受。

提供小内存块不是slab分配器的唯一任务。由于结构上的特点，它也用作一个缓存，主要针对经常分配并释放的对象。通过建立slab缓存，内核能够储备一些对象，供后续使用，即使在初始化状态，也是如此。举例来说，为管理与进程关联的文件系统数据，内核必须经常生成struct fs_struct的新实例。此类型实例占据的内存块同样需要经常回收（在进程结束时）。换句话说，内核趋向于非常有规律地分配并释放大小为sizeof{fs_struct}的内存块。slab分配器将释放的内存块保存在一个内部列表中，并不马上返回给伙伴系统。在请求为该类对象分配一个新实例时，会使用最近释放的内存块。这有两个优点。首先，由于内核不必使用伙伴系统算法，处理时间会变短。其次，由于该内存块仍然是“新”的，因此其仍然驻留在CPU高速缓存的概率较高。

slab分配器还有两个更进一步的好处。

 调用伙伴系统的操作对系统的数据和指令高速缓存有相当的影响。更轻量级的slab分配器在可能的情况下减少了对伙伴系统的调用，有助于防止不受欢迎的缓存“污染”。

 如果数据存储在伙伴系统直接提供的页中，那么其地址总是出现在2的幂次的整数倍附近（许多将页划分为更小块的其他分配方法，也有同样的特征）。这对CPU高速缓存的利用有负面影响，由于这种地址分布，使得某些缓存行过度使用，而其他的则几乎为空。多处理器系统可能会加剧这种不利情况，因为不同的内存地址可能在不同的总线上传输，上述情况会导致某些总线拥塞，而其他总线则几乎没有使用。

通过slab着色（slab coloring），slab分配器能够均匀地分布对象，以实现均匀的缓存利用，如下所示。(着色这个术语是隐喻性的。它与颜色无关，只是表示slab中的对象需要移动的特定偏移量，以便使对象放置到不同的缓存行。)

内核中一般的内存分配和释放函数与C标准库中等价函数的名称类似，用法也几乎相同。

 kmalloc(size, flags)分配长度为size字节的一个内存区，并返回指向该内存区起始处的一个void指针。如果没有足够内存（在内核中这种情形不大可能，但却始终要考虑到），则结果为NULL指针。flags参数使用3.5.4节讨论的GFP_常数，来指定分配内存的具体内存域，例如GFP_DMA指定分配适合于DMA的内存区。

 kfree(*ptr)释放*ptr指向的内存区。

从程序员的角度来看，建立和使用缓存的任务不是特别困难。必须首先用kmem_cache_create建立一个适当的缓存，接下来即可使用kmem_cache_alloc和kmem_cache_free分配和释放其中包含的对象。slab分配器负责完成与伙伴系统的交互，来分配所需的页。

所有活动缓存的列表保存在/proc/slabinfo中（为节省空间，下文的输出省去了不重要的部分）。②