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深度解读Linux内核级通用内存池-kmalloc体系

运维1个月前发布 杨帆舵手
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Linux内核中的通用内存池-kmalloc体系是用于动态分配内核级别的小块内存的机制。以下是对该体系的深度解读:

  1. 概述:
    kmalloc是Linux内核中的通用内存分配器,它提供了一种在内核空间中分配小块连续内存的方法。kmalloc与用户空间的malloc函数类似,但在内核级别操作,因此可以在内核代码中使用。
  2. 基本原理:
    kmalloc使用了一种称为slab分配器的机制。它通过预先分配一系列固定大小的内存块,形成一个或多个slab(内存池),然后按需从这些slab中分配内存。
  3. Slab分配器:
    slab分配器是kmalloc的核心组件,用于管理内存池。它将一块内存空间分为多个大小相等的对象,并维护三个链表:full,partial和empty。每个链表上的对象具有相同的大小。

    • full链表:包含已分配完全的slab,其中的所有对象都被占用。
    • partial链表:包含已部分分配的slab,其中的一些对象被占用,但还有剩余的可用对象。
    • empty链表:包含完全空闲的slab,其中的所有对象都可用。
      slab分配器通过这三个链表来管理内存的分配和释放,以提高内存分配的效率。
  4. 分配和释放内存:
    • 内存分配:当内核代码需要分配一块小块的内存时,kmalloc会首先在partial链表中查找合适大小的slab。如果找到了,则从该slab中分配一个对象。如果partial链表为空,则从empty链表中获取一个slab,将其移动到partial链表,并从中分配一个对象。如果empty链表也为空,则向系统申请一块新的内存页,将其划分为多个slab,并将其中一个slab移动到partial链表中。
    • 内存释放:当内存不再需要时,通过kfree函数将其返回给kmalloc。kmalloc会将该内存块标记为空闲状态,并将其添加到相应的partial链表或empty链表中。
  5. 高级功能:
    kmalloc还提供了一些高级功能,例如内存对齐、缓存颜色和高速缓存等。这些功能可以进一步优化内存的分配和使用效率。
    总而言之,kmalloc提供了一个高效的内核级别内存分配机制,通过slab分配器管理内存池,以满足内核代码对小块连续内存的需求。它的设计和实现考虑了内存的分配效率和内存管理的灵活性,是Linux内核中重要的内存管理机制之一。
    希望以上解读对你深入了解Linux内核级通用内存池-kmalloc体系有所帮助。如有其他疑问,请参考相关文档或向Linux社区寻求支持。

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