1. 介绍
Linux SLUB是Linux内核的一种新的内存管理方案，被用于管理内核的动态分配的对象。它是一种分级的slab分配器，内部使用二进制伙伴算法进行处理。它的设计目标是高效、低开销地管理内核对象的分配与释放。本文将详细介绍Linux SLUB的原理和特点。
2. SLUB的基本工作原理
SLUB的基本工作原理是通过预先将一块连续的内存空间划分为若干个slab，每个slab用来存储特定大小的内存对象。当需要分配内存时，SLUB会从合适大小的slab中分配一个对象。当对象不再被使用时，SLUB将其返回给对应的slab，以供下次分配使用。
SLUB的分配算法是一种分级的slab分配器。它使用一个三层的分级机制，分别是kmem_cache、partial和free对象列表。在SLUB中，kmem_cache表示一种特定大小的内存对象的集合，partial表示至少有一个空闲对象的kmem_cache，而free对象列表则存储完全空闲的slab。
具体的分配过程如下：
2.1 分配过程
1. 当需要分配一个特定大小的内存对象时，SLUB会首先检查对应的kmem_cache中的partial列表是否为空。如果不为空，则直接从partial列表中获取一个空闲对象并返回。
2. 如果partial列表为空，SLUB会尝试从对应的kmem_cache中的free列表中获取一个完全空闲的slab。如果找到，则将该slab放入partial列表，并从中获取一个空闲对象并返回。
3. 如果free列表也为空，SLUB会从系统内存中分配一个新的slab，并将其放入partial列表。然后从该slab获取一个空闲对象并返回。
2.2 释放过程
1. 当需要释放一个已分配的内存对象时，SLUB会首先将其返回给对应的kmem_cache，将其重新置于partial列表中。
2. 如果该slab中所有的对象都已释放，SLUB会将slab移出partial列表，放入free列表中，以供下次分配使用。
SLUB的分配和释放过程非常高效，因为它通过分级的机制将内存的管理粒度降低到了最小。同时，SLUB还具有很好的可伸缩性，可以适应系统中对象分配和释放的高并发场景。
3. SLUB的特点
SLUB的设计具有以下几个特点：
3.1 高性能
SLUB通过对内存的分级管理，减少了内存分配和释放的开销。它相比传统的slab分配器，不再需要维护全局对象列表，从而避免了全局lock的使用，大大提升了内存分配的性能。
SLUB的高性能使得其在高并发场景下的内存管理非常高效，可以有效提升系统的整体性能。
3.2 小内存的高效利用
SLUB使用了二进制伙伴算法对内存进行划分，这使得它可以更加高效地利用小内存。SLUB的分级机制可以根据内存对象的大小选择合适的slab进行内存分配，避免了内部碎片的产生，提高了内存的利用效率。
3.3 可伸缩性
SLUB的设计考虑了多处理器系统的需求，通过将内存的管理工作均匀分布在多个CPU之间，实现了可伸缩性的内存管理。SLUB在多处理器系统中可以通过CAS操作等手段进行高效的内存分配和释放，避免了对全局资源的竞争，提高了系统的并发性能。
4. 总结
Linux SLUB是一种新的内存管理方案，通过分级的机制实现了高效、低开销的内存分配和释放。它的基本工作原理是通过预先将一块连续的内存空间划分为若干个slab，并通过分级的方式管理内存对象的分配和释放。SLUB具有高性能、小内存的高效利用和可伸缩性等特点。
通过SLUB的设计，可以提高系统的整体性能，并更加高效地利用内存资源。