前言

过前面所有代码的分析和总结，已经把各个部分熟悉了一遍，在此对Linux内核中slab机制做最后的总结。

伙伴系统算法采用页作为基本内存区，这适合于大块内存的请求。对于小内存区的申请，比如说几十或几百个字节，我们用slab机制。

Slab分配器把对象分组放进高速缓存。每个高速缓存都是同类型对象的一种“储备”。包含高速缓存的主内存区被划分为多个slab，每个slab由一个活多个连续的页组成，这些页中既包含已分配的对象，也包含空闲的对象。

目录

1. numa的优势

2. slab/slob/slub的分配机制

3. 伙伴算法系统

4. vmalloc的实现原理

numa的优势

1．SMP（Symmetric Multi Processing）

SMP是非常常见的一种架构。在SMP模式下，多个处理器均对称的连接在系统内存上，所有处理器都以平等的代价访问系统内存。它的优点是对内存的访问是平等、一致的；缺点是因为大家都是一致的，在传统的 SMP 系统中，所有处理器都共享系统总线，因此当处理器的数目增多时，系统总线的竞争冲突迅速加大，系统总线成为了性能瓶颈，所以目前 SMP 系统的处理器数目一般只有数十个，可扩展性受到很大限制。

2．MPP (Massive Parallel Processing)

MPP则是逻辑上将整个系统划分为多个节点，每个节点的处理器只可以访问本身的本地资源，是完全无共享的架构。节点之间的数据交换需要软件实施。它的优点是可扩展性非常好；缺点是彼此数据交换困难，需要控制软件的大量工作来实现通讯以及任务的分配、调度，对于一般的企业应用而言过于复杂，效率不高。

3．NUMA（Non-Uniform Memory Access）

NUMA架构则在某种意义上是综合了SMP和MPP的特点：逻辑上整个系统也是分为多个节点，每个节点可以访问本地内存资源，也可以访问远程内存资源，但访问本地内存资源远远快于远程内存资源。它的优点是兼顾了SMP和MPP的特点, 易于管理，可扩充性好；缺点是访问远程内存资源的所需时间非常的大。

在实际系统中使用比较广的是SMP和NUMA架构。像传统的英特尔IA架构就是SMP，而很多大型机采用了NUMA架构。

现在已经进入了多核时代，随着核数的越来越多，对于内存吞吐量和延迟有了更高的要求。正是考虑到这种需求，NUMA架构出现在了最新的英特尔下一代Xeon处理器中。
做为英特尔下一代的45nm Xeon处理器， 它会成为未来英特尔从台式机、笔记本到服务器全线产品的主流处理器。 比较前一代酷睿处理器平台，它的平台在对以前的系统架构和内存层次体系进行了重大改变的同时，对微架构也进行了全方位的细化， 主要改进表现在以下的特性：
> 新的核心架构，最大可扩展到每个接口4个核心
> 同步多线程(SMT) 技术最大允许每个处理器可以运行8个线程
> 最新的点到点直连架构：Intel(R) QuickPath Interconnect (Intel(R) QPI)技术
> Intel(R) QuickPath 集成内存控制器（IMC），DDR3接口
> 微架构功能的改进，包括增强的SSE4.2指令集，改进的锁定支持，循环流和分支预测等特性
> 更好的节能特性

slub把内存分组管理，每个组分别包含2^3、2^4、...2^11个字节，在4K页大小的默认情况下，另外还有两个特殊的组，分别是96B和192B，共11组。之所以这样分配是因为如果申请2^12B大小的内存，就可以使用伙伴系统提供的接口直接申请一个完整的页面即可。

slub就相当于零售商，它向伙伴系统“批发”内存，然后在零售出去。一下是整个slub系统的框图：

向slub系统申请内存块(object)时：slub系统把内存块当成object看待

1，slub系统刚刚创建出来，这是第一次申请。
此时slub系统刚建立起来，营业厅(kmem_cache_cpu)和仓库(kmem_cache_node)中没有任何可用的slab可以使用，如下图中1所示：

1. 因此只能向伙伴系统申请空闲的内存页，并把这些页面分成很多个object，取出其中的一个object标志为已被占用，并返回给用户，其余的object标志为空闲并放在kmem_cache_cpu中保存。kmem_cache_cpu的freelist变量中保存着下一个空闲object的地址。上图2表示申请一个新的slab，并把第一个空闲的object返回给用户，freelist指向下一个空闲的object。
   
2. slub的kmem_cache_cpu中保存的slab上有空闲的object可以使用。
   这种情况是最简单的一种，直接把kmem_cache_cpu中保存的一个空闲object返回给用户，并把freelist指向下一个空闲的object。

slub已经连续申请了很多页，现在kmem_cache_cpu中已经没有空闲的object了，但kmem_cache_node的partial中有空闲的object 。所以从kmem_cache_node的partial变量中获取有空闲object的slab，并把一个空闲的object返回给用户。

上图中，kmem_cache_cpu中已经都被占用的slab放到仓库中，kmem_cache_node中有两个双链表，partial和full，分别盛放不满的slab(slab中有空闲的object)和全满的slab(slab中没有空闲的object)。然后从partial中挑出一个不满的slab放到kmem_cache_cpu中。

上图中，kmem_cache_cpu中中找出空闲的object返回给用户。