Linux内核代码分析 slab.c by 刘亢

Linux内核代码分析 slab.c by 刘亢 liukang@bjut.edu.cn
slab.c来自linux内核2.4.22版，本文件按照GNU协议发布。
一、准备知识：
slab的概念：
提出的原因：由于操作系统在运行中会不断产生、使用、释放大量重复的对象，
所以对这样的重复对象的生成进行改进可以大大提高效率
最早由sun的工程师提出(1994年)并首先在sunos5.4上应用。
slab算法的基本思路：
分配：
if(对相对应的缓存区有空闲位置)
使用这个位置，不必再初始化；
else{
分配内存；
初始化对象；
}
释放：
在缓存中标记空闲，不做析构；
资源不足：
寻找未使用的对象空间；
按照要求对部分对象做析构；
释放对象占用的空间；
缓存区：每一个对象放在一个缓存区
slab：每个slab块都是页面大小的整数倍（有上限）
着色：字节数按照硬件的要求对齐，可以大大提高硬件缓存的利用率和效率。
slab块的两种管理模式：
on-slab 适用于小对象（小于1/8页），slab管理结构存放在slab块中。
off-slab适用于大对象，(大于等于1/8页),对象和slab块的管理结构都由cache_slabp中分配。
根据slab提出者的论文,slab不适合用在大对象上。
slab涉及的重要操作：
缓存区创建kmem_cache_create与销毁kmem_cache_destory
缓存区收缩kmem_cache_shrink与扩张kmem_cache_grow
对象分配kmem_cache_alloc与释放kmem_cache_free
内核态内存的申请kmalloc与释放kfree
二、涉及的重要数据结构：
typedef unsigned int kmem_bufctl_t：slab块中的管理结构
cache_size表：保存了不同大小(2^n)页面指向cache_cache的两种指针(dma和非dma)。
链表：最重要的是在管理slab结构中出现的3个链表，分别为完全使用的，部分使用的和完全没用过的slab。
结构体：见下面的代码分析。
三、代码分析：
每个颜色代表的含义：
红色：代码注释；
藕荷色：编译预处理需要处理的内容；
蓝色：C语言关键字、函数定义；
绿色：宏定义；
黑色：代码；
灰色：输出信息；
深蓝色：我给出的注解。
/*
* linux/mm/slab.c
* Written by Mark Hemment, 1996/97.
* (markhe@nextd.demon.co.uk)
*
* kmem_cache_destroy() + some cleanup - 1999 Andrea Arcangeli
*
* Major cleanup, different bufctl logic, per-cpu arrays
* (c) 2000 Manfred Spraul
*以上为版权信息
* An implementation of the Slab Allocator as described in outline in;
* UNIX Internals: The N