--- layout: post title: slab创建 category: 内存管理 description: 创建缓存... tags: slab --- 创建新的slab缓存必须使用*kmem_cache_create*函数，这个函数很长，在分析代码之前我们可以看看这个函数的流程图。 ![slab](images/slab_create.png) 创建slab流程图 除了可读的*name*随后会出现在*/proc/slabinfo*，这个函数的参数需要进行一些检查，以确保没有指定一些无效的值。去掉一些调试的代码，其函数的代码如下。 #### #### {% highlight c++%} struct kmem_cache * kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align, unsigned long flags, void (*ctor)(void *)) { size_t left_over, slab_size, ralign; struct kmem_cache *cachep = NULL, *pc; gfp_t gfp; /* * 正常的检查 */ if (!name || in_interrupt() || (size < BYTES_PER_WORD) || size > KMALLOC_MAX_SIZE) { printk(KERN_ERR "%s: Early error in slab %s\n", __func__, name); BUG(); } if (slab_is_available()) { get_online_cpus(); mutex_lock(&cache_chain_mutex); } list_for_each_entry(pc, &cache_chain, next) { char tmp; int res; /* * area of the module. Print a warning. * 只有module没有卸载并且没有销毁它的slab缓存 * 并且没有其他地方重用了vmalloc才会出现这种情况 */ res = probe_kernel_address(pc->name, tmp); if (res) { printk(KERN_ERR "SLAB: cache with size %d has lost its name\n", pc->buffer_size); continue; } if (!strcmp(pc->name, name)) { printk(KERN_ERR "kmem_cache_create: duplicate cache %s\n", name); dump_stack(); goto oops; } } /* DEBUG CODE IGNORED */ /* * 计算对齐所需要的填充字节 * 对象长度向上舍入到处理器字长的倍数 */ if (size & (BYTES_PER_WORD - 1)) { size += (BYTES_PER_WORD - 1); size &= ~(BYTES_PER_WORD - 1); } /* 计算最终需要对齐的填充字节 */ /* 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; } /* * 字对齐或者更大 * 这个可能会被体系结构相关覆盖 */ if (flags & SLAB_STORE_USER) ralign = BYTES_PER_WORD; if (flags & SLAB_RED_ZONE) { ralign = REDZONE_ALIGN; size += REDZONE_ALIGN - 1; size &= ~(REDZONE_ALIGN - 1); } /* 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; } /* 去掉调试 */ if (ralign > __alignof__(unsigned long long)) flags &= ~(SLAB_RED_ZONE | SLAB_STORE_USER); /* * 4) 存储最后计算出的对齐值 */ align = ralign; if (slab_is_available()) gfp = GFP_KERNEL; else gfp = GFP_NOWAIT; /* 获取缓存的描述符对象 */ cachep = kmem_cache_zalloc(&cache_cache, gfp); if (!cachep) goto oops; /* DEBUG CODE IGNORED */ /* * 对象长度比较大，那么最好将slab管理数据 * 放置在slab之外 */ if ((size >= (PAGE_SIZE >> 3)) && !slab_early_init) flags |= CFLGS_OFF_SLAB; size = ALIGN(size, align); /* * 到目前位置，只定义了对象的长度，没有定义 * slab的长度，因此系统需要找到适当的页数来 * 定义slab的长度，即不能太大，也不能太小 * 内核通过calculate_slab_order函数实现迭代 * 过程，找到理想的slab长度 */ left_over = calculate_slab_order(cachep, size, align, flags); if (!cachep->num) { printk(KERN_ERR "kmem_cache_create: couldn't create cache %s.\n" , name); kmem_cache_free(&cache_cache, cachep); cachep = NULL; goto oops; } slab_size = ALIGN(cachep->num * sizeof(kmem_bufctl_t) + sizeof(struct slab), align); if (flags & CFLGS_OFF_SLAB && left_over >= slab_size) { flags &= ~CFLGS_OFF_SLAB; left_over -= slab_size; } if (flags & CFLGS_OFF_SLAB) { /* 如果设置了该值，那么较小的对象 * 也可以将slab头放在slab之外 */ slab_size = cachep->num * sizeof(kmem_bufctl_t) + sizeof(struct slab); #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING if (size % PAGE_SIZE == 0 && flags & SLAB_POISON) flags &= ~(SLAB_RED_ZONE | SLAB_STORE_USER); #endif } /* 特定于体系结构的函数，获得L1缓存行的长度 */ 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; cachep->slab_size = slab_size; cachep->flags = flags; cachep->gfpflags = 0; if (CONFIG_ZONE_DMA_FLAG && (flags & SLAB_CACHE_DMA)) cachep->gfpflags |= GFP_DMA; cachep->buffer_size = size; cachep->reciprocal_buffer_size = reciprocal_value(size); if (flags & CFLGS_OFF_SLAB) { cachep->slabp_cache = kmem_find_general_cachep( slab_size, 0u); BUG_ON(ZERO_OR_NULL_PTR(cachep->slabp_cache)); } cachep->ctor = ctor; cachep->name = name; if (setup_cpu_cache(cachep, gfp)) { __kmem_cache_destroy(cachep); cachep = NULL; goto oops; } /* 缓存初始化完成，加入到链表中 */ list_add(&cachep->next, &cache_chain); oops: if (!cachep && (flags & SLAB_PANIC)) panic("kmem_cache_create(): failed to create slab `%s'\n", name); if (slab_is_available()) { mutex_unlock(&cache_chain_mutex); put_online_cpus(); } return cachep; } EXPORT_SYMBOL(kmem_cache_create); {% endhighlight %} 其中一个重要的方法是*calculate_slab_order*，该方法用于查找slab的长度，slab长度即不能太长也不能太短，太长，则可能会浪费内存，太小，则增加管理的开销，降低使用的效率。内核会通过该函数实现迭代，找到理想的slab长度。 #### #### {% highlight c++%} static size_t calculate_slab_order(struct kmem_cache *cachep, size_t size, size_t align, unsigned long flags) { unsigned long offslab_limit; size_t left_over = 0; int gfporder; for (gfporder = 0; gfporder <= KMALLOC_MAX_ORDER; gfporder++) { unsigned int num; size_t remainder; /* * 通过该函数找到一个slab布局 */ cache_estimate(gfporder, size, align, flags, &remainder, &num); if (!num) continue; if (flags & CFLGS_OFF_SLAB) { offslab_limit = size - sizeof(struct slab); offslab_limit /= sizeof(kmem_bufctl_t); if (num > offslab_limit) break; } cachep->num = num; cachep->gfporder = gfporder; left_over = remainder; if (flags & SLAB_RECLAIM_ACCOUNT) break; if (gfporder >= slab_break_gfp_order) break; if (left_over * 8 <= (PAGE_SIZE << gfporder)) break; } return left_over; } {% endhighlight %} 如果slab上有足够的空闲空间可存储slab头，那么即使实际应该存储在slab之外，内核也会利用这个机会，将其存储在slab外。 在执行了查找slab长度的操作之后，内核对slab进行着色。 内核使用L1缓存行的长度作为偏移量，这个值可以通过特定于体系结构的函数*cache_line_size*。还必须保证偏移量是所用对齐值的倍数，否则就无法进行数据对齐。例如在一些系统上，对于管理长度为256字节的对象，内核会产生如下结果[^1]： 1. 一个slab管理15个对象。 2. 使用一个页。 3. 有五种可能的颜色，每种颜色使用32字节的偏移量。 4. slab头存储在slab上。 虽然处理了slab的布局，但在创建新的slab缓存时，还需要创建per-CPU缓存，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，数组项数目由内核计算给出[^2]。 [^1]: 按照SLAB\_HWCACHE\_ALLGN的要求对齐到硬件缓存行的缓存。 [^2]: 另外值得注意的是*batchcount*字段总是设置为缓存中对象数目的一半。 最后，在完成初始化之后，将初始化的*kmem_cache*实例添加到全局连表。