22.slab分配器(创建缓存kmem_cache_create)

创建新的slab缓存必须调用kmem_cache_create。该函数需要很多参数。

mm/slab.c
struct kmem_cache *kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align,unsigned long flags,void (*ctor)(struct kmem_cache *, void *))

除了可读的name随后会出现在/proc/slabinfo以外，该函数需要被管理对象以字节计的长度，在对齐数据时使用的偏移量（align，几乎所有的情形下都是0），flags中是一组标志，而ctor和dtor中是构造/析构函数。

创建新缓存是一个冗长的过程，kmem_cache_create的代码流程图如图3-49所示。

 

 

首先，对象长度向上舍入到处理器字长的倍数:

kmem_cache_t* kmem_cache_create (...) { 
... 
　　if (size & (BYTES_PER_WORD-1)) { 
　　　　size += (BYTES_PER_WORD-1); 
　　　　size &= ~(BYTES_PER_WORD-1); 
　　}

对象对齐（在align中）通常也是基于处理器的字长。但如果设置了SLAB_HWCACHE_ALIGN标志，则内核按照特定于体系结构的函数cache_line_size给出的值，来对齐数据。内核还尝试将尽可能多的对象填充到一个缓存行中，只要对象长度允许，则会一直尝试将对齐值除以2。因此，会有2、4、6…个对象放入一个缓存行，而不是只有一个对象。

mm/slab.c 
　　/* 1) 体系结构推荐： */ 
　　if (flags & SLAB_HWCACHE_ALIGN) { 
　　　　/* 默认对齐值，由特定于体系结构的代码指定。 
　　　　* 如果一个对象比较小，则会将多个对象挤到一个缓存行中。
　　　　*/ 
　　　　ralign = cache_line_size(); 
　　　　while (size <= ralign/2) 
　　　　　　ralign /= 2; 
　　} else { 
　　　　ralign = BYTES_PER_WORD; 
} 
...

内核也考虑到下述事实：某些体系结构需要一个最小值作为数据对齐的边界，由ARCH_SLAB_MINALIGN定义。用户所要求的对齐也可以接受。

mm/slab.c 
　　/* 2) 体系结构强制的最小对齐值 */ 
　　if (ralign < ARCH_SLAB_MINALIGN) { 
　　　　ralign = ARCH_SLAB_MINALIGN; 
　　} 
　　/* 3) 调用者强制的对齐值 */ 
　　if (ralign < align) { 
　　　　ralign = align; 
　　} 
　　/* 4) 存储最后计算出的对齐值。 */ 
　　　　align = ralign; 
...

在数据对齐值计算完毕之后，分配struct kmem_cache的一个新实例。确定是否将slab头存储在slab之上（参见3.6.3节）相对比较简单。如果对象长度大于页帧的1/8，则将头部管理数据存储在slab之外，否则存储在slab上。

mm/slab.c 
　　if (size >= (PAGE_SIZE>>3)) 
　　/* 
　　* 对象长度比较大，那么最好将slab管理数据放置在slab之外（能够更好地填充实际对象）。
　　*/ 
　　flags |= CFLGS_OFF_SLAB;
　　size = ALIGN(size, align); 
...

在kmem_cache_create调用时显式设置CFLGS_OFF_SLAB，那么对较小的对象，也可以将slab头存储在slab之外。最后，增加对象的长度size，直至对应到上文计算的对齐值。

到目前为止，我们只定义了对象的长度，而没有定义slab的长度。因此在下一步中，会尝试找到适当的页数用作slab长度，不太小，也不太大。slab中对象太少会增加管理开销，降低方法的效率，而过大的slab内存区则对伙伴系统不利。

 

内核试图通过calculate_slab_order实现的迭代过程，找到理想的slab长度。基于给定对象长度，cache_estimate针对特定的页数，来计算对象数目、浪费的空间、着色所需的空间。该函数会循环调用，直至内核对结果满意为止。通过系统地不断摸索，cache_estimate找到一个slab布局，可以由下列要素描述。size是对象长度，gfp_order是页的分配阶，num是slab上对象的数目，wastage是该分配阶下因浪费而不可用的空间数量（当然，总是有wastage < size；否则，可以在slab上在放一个对象）。head指定了slab头需要多少空间。该布局对应于以下公式：

PAGE_SIZE<<gfp_order = head + num*size + left_over

如果slab头存储在slab外，则head值为0，因为无需为头部分配空间。如果存储在slab上，则该值计算如下：

head = sizeof(struct slab) + num*sizeof(kmem_bufctl_t)

按20.slab分配器原理(缓存和slab结构详解)的讨论，每个slab头之后都是一个数组，数组项的数目与slab中对象的数目相同。内核利用该数组来查找下一个空闲对象的位置。数组项的数据类型为kmem_bufctl_t，该类型不过是普通的unsigned int通过typedef适当抽象的结果。

 

下列步骤用于对slab着色：

mm/slab.c
　　cachep->colour_off = cache_line_size();
/* 偏移量必须是对齐值的倍数。 */
　　if (cachep->colour_off < align)
　　　　cachep->colour_off = align;
　　cachep->colour = left_over/cachep->colour_off;

内核使用L1缓存行的长度作为偏移量，该值可通过特定于体系结构的函数cache_line_size确定。还必须保证偏移量是所用对齐值的倍数，否则就没有数据对齐的效果。

slab的颜色数目（即，潜在的不同偏移量值的数目），即slab上的浪费空间（称之为left_over）除以颜色偏移量（colour_off）的商（余数略去）。

 

我们已经处理了slab的布局，但在kmem_cache_create创建新的slab缓存时，仍然有两件事情需要做。

）。首先，内核根据对象长度定义缓存中的对象指针的数目。

0 < size ≤ 256：120个对象

256 < size ≤ 1 024：54个对象

1 024 < size ≤ PAGE_SIZE：24个对象

PAGE_SIZE < size：8个对象

size > 131 072：1个对象

为各个处理器分配所需的内存：一个array_cache的实例和一个指针数组，数组项数目在上述的计算中给出；并初始化数据结构，这些任务委托给do_tune_cpucache。我们特别感兴趣的一个方面是，batchcount字段总是设置为缓存中对象数目的一半。

 为完成初始化，将初始化过的kmem_cache实例添加到全局链表，表头为cache_chain，定义在mm/slab.c中。