剖析Linux内核《slab块分配器实现》原创

好的，那各位朋友们啊，大家好，我是维克。这节课我们主要是讲解这个内快分配器的一个讲解。那首先我们来看第一个啊，怎样创建一个这个描述符。那么在讲解这个基础点之前，那首先我们来看第一个是吧。这个分配器。对不对。要了解什么呢？那么这个分配器。就是前面我们所提到过这个什么伙伴系统，它是用于什么呢？用于分配内存的时候。它是以什么，是以就我们所讲的这个液啊，就是配置为单位进行的。但是说我们在什么呢？就是你在实际当中。注意啊。我们在实际应用当中。

内存呢，它需求是以字节为单位的。那么如果我们需要分配字节为单位的话。那么小块内存，那我们又是如何进行分配？嗯，就是来解决什么呢，解决这个小块啊。内存的一个分配问题。那么就说呢。你要注意它有一个啊，侧重的一个核心点，我们要搞清楚，嗯，就是这个label。他这个分配器啊。他最终还是有什么呢，还是由我们所讲的一个伙伴系统。来什么来分配出这个实际的一个什么呢？物理页面。但是说。只不过什么呢？只不过我们这个内分配器它在什么？在这些连续的物理页面上，它实现了自己的一个算法。那么对于什么呢？啊，以以此来什么呢？就是我们这个小内存块进行的。

啊进行管理，这个大家要搞清楚是吧。好，那么关于什么呢？关于这个来分配器，嗯，大家要注意这么几个问题，是是什么问题呢。就是说。针对什么？啊，第二个啊。S分配器，它如何进行分配和释放这个小块内存，这点大家要知道。第二个是什么呢？就level分配器当中，它有一个着色的这个啊概念，那么着色它起到什么作用？还有就是level分配器当中，这个level对象，它有没有根据每CPU做出一些优化操作。那另外一个就是什么呢？就是我们所讲这个内它的增长啊，它会导致大量不用那个空闲对象，那么空闲对象我们怎么去解决。

这些都是我们要考虑的问题，嗯。那么接下来什么呢？接下来我们针对这个内对应的一什么分配器，它所提供的一个什么接口干什么呢？第一个你是用来创建的，还有什么呢？释放对应的一个什么label。和什么呢？和分配的一个什么返程对象，我们如何进行操作。这点大家啊，一定要搞清楚。那么像这些API函数如何进行应用，你看啊。你比如说它有哪些呢？有我们记住啊，叫做K。Memory_catch。里面的什么呢？啊，123这一个是不是。那么这个是用来做什么呢？这个它主要是创建，首先用来创建label的一个什么描述符，这是第一个。

第二个呢，专门有一个函数k memory_catch。啊，里面有个什么。这个函数。这个函数是什么呢？是专门来释放我们这个slave的一个什么。啊，那这个描述看创建和释放，还有一个是什么呢？分配缓存对象这几个你要配合使用，是不是，那前面还要分配创建啊。这个加上一个指针是吧，那星号k memory下划线它有一个什么，开启里面的a lock。那我们像这个函数，它主要是什么呢？主是分配，刚刚我们创建一个内部缓存的一个什么对象。那操作完毕之后呢，我们通过KMM下划线啊，Catch啊，Real通过这个函数我们就可以什么就可以释放，刚才是分这个配套啊。

嗯，它就是用来什么，用来释放这个缓存对象。哎，大家一定要搞明白这个关键点就可以了。好，那我们现在啊，我们搞清楚这个关键点的核心之后呢，那接下来我们就来看啊，对应的一些相关这个函数它如何啊进行应用，大家注意一下。怎么做呢？我们首先啊给朋友们看一下。嗯，我首先找到这个内核源码分析，现在我是以5.0为准啊。专门有个什么，有个MM对不对，他怎么创建level缓存是吧。S缓存是什么呢？在这个地方MM下面有一个什么呢？有个sleep com。Are calm？啊，这个地方双击下面。就有一个size这个这个。

很多茶等。下划线。嗯，这个诶不对啊。KM。这个啊，在这里。就这么个函数啊。嗯，就在这里看到没有。那么现在各位朋友啊，我们所看到这个，嗯。这个就是用来干什么呢，下面。这个函数就是内核源码里面，它对这个啊，K memory catch create。用来什么呢？用来创建这个内的一个缓存，就内描述这个缓存。啊，描述。描述符是不是啊，就是串式列表描述符的一个什么函数，是不是它就这是这个函数啊，啊，这是其中的一个，大家要理解是不是这是第一个。

好，这是第一个啊。那么接着什么？接着我们就来看第二个。第二个是什么？第二个是刚刚我们所讲的一个。就这个了。像这个函数，它是做什么呢？就是来释放。嗯。这个是释放什么呢？释放内这个描述，就刚刚你分配的这个啊，操作它就有这个函数进行进一步来实现。啊，大家要搞清楚。的第二个。好，那么接着我们就来看第三个是不是，第三个是什么呢？是分配缓存对象，那就直接是什么，直接刚我们讲了一个K。MM_一个catch。

She有一个什么呢？A lock啊这个函数。你像这个函数。看到没有这个函数的实现，嗯。这个啊，它设计什么呢？设计的非常好，是不是还有什么，还有对应的一个什么呢？比如这个real。Catch。H它们两个是一个什么配套关系，看到没有？你看它这个设计看到没有。啊啊。好，回车啊。卖到一块就行。

好，那么现在这个问题啊，针对内和掩码这一块，我们这个函数啊，就全部都搞定了是不是。那么搞定之后呢，那接下来我们就来看下一个对不对。那么针对这些我们如何进行操作是吧，还有什么呢？还有就是我们所讲啊，所用到的这些相关的这个函数。那这些函数呢，大家注意啊。你比如第一个是吧，第一个里面它有好几个参数，看到没有，有什么name啊，Size啊，Flag啊，Flag啊，还有什么C啊这些相关的操作。那么我们所讲这个name name是什么意思啊，就是这个LA描述或者名称，那这个名称我们要自己取啊，是用户自己取。来搞清楚啊，这个用户自取size，就是缓程对象大小，你们可以自己来决定，还有那个就是什么缓程对象需要对齐的字节数。

嗯，还有一个是flag，就是分配源码，那么center center它是一个什么？Center，它这是一个对象的一个什么构造函数。大家要摸清楚这个最基本的问题就可以了，好，那么现在我们搞清楚这些啊，相关问题之后，那么接着呢，接着你就要来实现了。它怎么实现，实现就是我们要操作的一个什么系统调用。对不对。好，接着我们就先看第一个是不是，那么在操作过程当中，我们在用这个函数的时候。大家注意啊，我们在用这个函数的时候就是什么呢？你看啊。啊，CTRL加F是吧，那有一个什么呢。MM_catch。这个。就调这个啊。

这里是吧，这个是通过什么，它通过这个这个来设计啊。刚搞明用这个嘛，在这里呢，它就可以一样了，是不是。就这个。好，这就是刚刚我们所看到的啊。那么针对这个的话呢，它的一个设计大家已经知道啊。就是我们所讲的一个什么呢。KMM_一个什么，它一个create，那么这个部分它是如何进行设计的？刚刚已经讲的很清楚了，是不是。它的系统将怎么用呢？是不是啊，所以它的系统将。系统。这样的设计。你看啊。在这里面。

好，我们再复述一遍啊。啊，在这个位置是吧。就这个。花小啊。改五号就可以了啊。那么针对这个刚才我们讲了啊，大家一定要搞清楚。就是说一般情况下，我们在设计的过程当中。就是我们通过什么呢。就是系统调，它是通过什么。通过此函数。对不对，创建一个什么，创建一个label的一个什么方程对不对。

那这个通常情况下在内核初始时就可以完成了啊，所以我们需要首次加载这个模块执行就没问题了。就这个问题是吧。啊，那么还有一个什么呢？还有一个参数对不对，你比较参数啊，参数name name是什么呢？就是指我们这个缓存的一个名称。方程名称自己取这个，要知道还有一个什么。啊，另外一个参数这个。Size。S呢，它表示什么呢？指定啊，就是指定为啊，为这一个什么呢？为这个方程创建的一个什么对象的大小。那么它是以什么呢？是以字节为单位。就是第二个参数是吧。那么第三个参数就是我们所讲的一个什么啊。A leg。

这个参数。那这个参数呢，它是什么呢，就是。定义什么？定义每一个对象？他的一个什么。对齐方式。就这么简单啊。还有一个就是flag。参数，Flags。Flag是什么呢？就是分配返程的一个什么选项，就这个意思。啊，就是想象的一个什么标志嘛，想象的一个标志。啊，大家可以参考啊，前面我们所讲过的对不对。好，那么接下来呢？在这个操作过程当中啊，非常特别啊。嗯。特就是说。特别什么呢？特别重要的一个数据结构，就是我们所讲什么呢，K。Memory catch。就这个数据结构。要注意啊，这个数据结构是什么？是内缓存来描述的一个操作。

就是说这个结构。他干什么呢？这个结构它就包含什么。包含每一个中央处理器。啊，中央处理器单元，中央处理器单元的一些什么单元的一些数据啊，那么它是一组可以调整的啊。调整的和统计和管理员label信息，大家一定要明白这个最基本的操作是不是啊等等。你看它机体什么机体这个内核啊。掩码结构设计如下。我们来看一下。你看没怎么做啊，大家注意啊，这这几个问题是不是不难啊。那这个我们怎么去玩呢？好，我们找到这边来。

你在什么呢？在include啊？Linux下面就有个什么DF。这个地方你看。慢慢的开启，就这个。这就可以找到是吧，找到之后你看。你像这个啊。你看k memory catch CPU是吧，什么意思啊，CPU是sleep什么意思啊，这里已经告诉我们了，就是说。每个CPU的一个什么指针数组，它就包含这个空闲对象，本地来告诉我们那个缓存。啊，这是大家要要理解的一个问题，是不是还有后面的一些设计啊，你比如什么size啊。啊，什么me啊part是不是还有这个什么share啊吧啊object啊。

啊，还有oo啊，马克斯啊，命啊，是不是这里面的每个成员啊。都是非常的重要，是不是，如果大家在研究过程当中啊，多练一下就可以了，这个没什么啊，啊就这个数结构。他的管理看到没有开启management。个数结构啊，那么具体怎么实现呢？对不对，具体怎么实现啊，那现在我们就来看一下。我们先启动这个。啊。在这里面。单击这个文件新建项目。

保存。那么这个应用。它主要是什么呢？就是针对这个。S。就可以了。你看你怎么分配啊。代码写上去是吧。OK，嗯。首先第一步是吧。要将对应的这个头文件。再加上去是吧。这个什么呀。

就这个，我先加这几个啊，It也可以了。好，Linux下面什么init解决。接着什么？接着你要设计两个函数是吧，嗯，T。啊。初始化。Cats。它的创建啊。ITFUNC。这是第一个我们就解决了，第二个呢，它没有返回值exit。为什么呢，Catch？那这个我们是什么呢？就是你创建的这个函数啊，你在退出的时候是不是。EXVO，看到没有，就这个意思。

好完成之后呢，那么接着什么，接着我们注意了。你要定一个指针对不对，你要定一个指针啊，进行进一步的操作是不是。好，那么这个指针我们怎么确定呢？那我就先实现啊。好了。下划线init。啊，Exit就可以了。将这两个函数的实现。放到这面来。啊，这个也是一样是吧。零。看到没有，这就可以了。好，这个写完之后呢，还有一个什么GPL。你这个初始化就放在这个位置。

你这个退出就放到这来调用。就可以了。好，摸到了下划线。Listen。双引号GPL。你看现在这个我们已经写好了是吧。好，那么这个写好之后，接着我们就下一个了，是吧。下一个。这个怎么设计呢？你这地方首先你得定一个指针对不对，你看创建那个缓存啊，那那描述符。所以你要定一个什么，定一个指针。

啊，第一个子针叫做什么？就定一个啊，Key memory。就刚刚我们用那个结构体吧。Catch是不是通过刚才那个结构体创建一个什么my catch啊这个指针就行了。PMY。啊，方便我们这个定额。没用到的情况下呢，我就给他一个空子，这就可以了。那么接着现在我要创建来描述服了。创建描数在这个函数里面是不是，所以接下来你就通过什么呢？P my catch直接等于什么等于K啊，慢慢下划线。这个什么呀，里面的这个catch。啊，就可以了。那注意啊，这个名称我就自己写，那我就写个什么呢，MY。啊，My catches是不是这个是名字啊大小。

自己来决定，你想创建多少啊，都没有关系。那你创建多少个字节？我创建1024个字节。1020这个直接对不对，后面这个参数是什么？那这个是label下划线啊HWK。下划线对齐leg。就可以了，那。这就解决了，解决之后，那么接着你要判断那个指针对不对，看它是否等于空，PMYK是否等于空。如果它等于空，那我们就输出是不是？输入什么，输出你这个函数啊。操作失败。就调用，嗯，就是。嗯，调那个函数创建。创建什么，创建那个。描述符。

失败。就可以了，加上这句话L是否则是吧。好，否则else还什么呢？L证明你创建成功了，要注意这个问题啊，L创建成功。就调那个函数。就那个函数什么来创建。好，创建这个S列数成功。那么创建成功之后。我们可以是那个把这个地址给打出来，是不是大小啊，把它大小打出来。啊。双引号是吧。就是catch啊，大小啊，SIZE1只多少呢？一只百分之几啊。百分之D。那么这里面我就通过这个求出来了啊k memory什么呢？Catch。

它有一个什么size。把它这个ti开启，把它求出来就可以，你看。那么现在各位朋友啊，我们得到就是你开多少，嗯。啊，Ch catch side8写就可以了。这是什么？这个是我们。在模块里面，内核调用这个函数的时候，初始化要设计1024个字典三。好，那现在我们搞清楚一下，你24个字节之后呢，接着什么着，我们下一个了，对不对，下一个是什么，这个K开启create，就是你唱这个是四画，是不是四换，我们就直接判断PMY开启就行了。如果他。为非零，非零我就是换。喜欢就k memory开启。

下划线什么。第一，错调这个函数，然后再把这个指针。写上来就可以了。个释放这个这个描述。好，那我们释放完那个内元素符之后呢，那么接着我要打印个信息呢，来告诉我们用户呢，双引号啊。哎，调用。你看啊。调什么调？这个函数是吧。啊，释放。这个描述符成功。就可以了。公号是吧。好，那么现在我们的目的要干什么呢？要将这个程序去运行一下。看他有没有问题，是不是。好，那现在我们到这面来啊。是。啊，进来。

那么进来之后啊，各方面啊，进来之后。可以之后你可以什么呀，可以把这些多余的东西把它删除。现在创建个文件夹。我们是Les。Makefi。将刚才那个文件。梦进来，Sir。麦克一下啊。通过通通过这个桌面啊。进来。

有问题。这桌面了是吧。直接进来了啊。啊，进来之后现在。你要将这个麦克发这个文件修改一下。这字符设备设计的啊。可以了。现在我们就麦一下。写错了我们再修改，现在没有错是吧，没有错的话呢，那么接着什么，接着我们注意啊。啊，我就要将这个。

模块啊。Do，是吧？In mode。这个Q。没问题是吧。啊，没问题之后呢，那接着什么。啊，我们就DESG-C啊。各位朋友。那现在我们所看到这个结果。提醒我们了，看到没有。TM什么意思啊，你看它这个运行结果就出来了。那些法？调用。看到没有？调它成功大小1024。这个我们就解决了啊。

哎，就这个。啊，这么系统就能实现是不是。就是程序的一个什么硬性结果。还有一个什么。还有一个对应什么，就说比如你退出的时候就是R什么mod是吧。就这一个啊。前线不行上。好，可以了。你看。它这个调用成功对不对，释放也成功了，你看。

四分是创建label。两个都成功了啊，这是没问题的是吧。好，没问题，现在我将这个代码把收好是吧。好，这就是我们这个。程序的硬性结果是不是啊，就它的阴性结果。那么它的一个什么呢？语言代码。程序的一个什么寅卯。程序码就是刚刚我们用这个代码。看一下A啊，如果你怕错啊，各位朋友们，如果你怕操作错误的话，你一定要记住。

在这里面。直接复制这个地方复制了的话，它就相当于什么100%了。没有任何问题了。这个我们就搞定了是不是。搞定之后我们还读几个点啊相关的。另外一个是什么呢。刚刚我们讲了一个什么，讲了一个叫做什么叫这个。看到没有？这什么实现第一个啊。就第一个是吧，那现在我们就来看第二个。第二个是哪个呢？在这里你要注意啊。CTRL加F是不是k me下划线。Catch a lock。就这个函数。啊，现在我们要实现的啊，就这个函数了。好，这个函数的实现。

它也是什么呢？看啊，它也是基于什么，基于这个KMMK。对不对。大小。密码设好。好设好之后呢，那现在你注意了，当我们用这个函数的时候。它有什么两个常数对不对。一个是什么，一个是A少了一个参数啊。啊，这个可以自己取啊，自己取。比如我起一个。这个参数自己取啊。MY。Catch，什么my catch flag啊，两个是吧？好，那你比如这个参数是不是什么意思呢。就是通过。此函数对不对，从什么从我们给定的啊。从。给定的一个什么呢。

返程。分配一个对象。对不对，那如果返程它目前为空。那么此函数它就会调用什么，调用这个注意啊。调用专门一个函数，叫做catch。下划线lo里面的种类。通过这个函数。直接向我们这个返程当中，返程中直接增加什么呀，增加内存就这个意思，你为空，那我就直接增加内存。这是这个问题。那比如他这个参数啊，My catch这个参数是不是。啊，参数啊。参数MYK的话呢，它是做什么呢，它是。子向它这个质量就是描述了对不对，他去描述给定的一个什么。描述给定的一个缓存的一个结构指针。

第一个是不是还有一个参数flags。Flags这个参数啊。它是什么呢？是分配标志的一个什么选项啊。选项参数选项。就可以了。那现在我们就来看一下啊，就是你调用这个函数。电次函数，它说返回什么单词函数返回一个对。返回一个等于什么呢？对你所分配的一个什么内存对象的一个引。这就是我们在用这个函数的时候，就这么个意思是吧。好，那么搞清楚之后呢，那现在你写一把单码就可以了。先把代码，但是这个函数一定要配合前面这个函数使用。一定要配合这个函数啊，配合这个函数。你要先创建level缓存描述符，缓程描述符之，再从这个level描述符里面再分配一个什么内存对象才是成功的，否则就是失败啊，对方们一定要注意了是吧？

好，那现在我们先看一下这个掩码啊，在后面啊。好，野马，我们来看一下。怎么做？那我就刚刚讲刚才这个程序啊。这个是吧，看C好。那怎么做呢？单击文件新建。保存。那这个我们写的是是吧。Catch，那就是。Slaman a lock。可以了。粘贴把刚才那个代码就放这来，但是你要配套起来，要注意个。你要配套起来，那你怎么配套呢？你看这里啊。配套是这样的。一定要搞清楚lock怎么用是吧，首先第一步你要搞清第一步你这个还是要分配没问题啊，这地方分配没问题。

那10240呢。等零啊。是不是1000的24个字节一张啊，好，那地方定完了。定完之后呢，那接下来你还有什么。你还设计一个对。你还定一个定一个万能值对吧。位的星号，什么星号？Object啊，没用到，设为空就可以了。首先第一步是吧，我们分配。是不是，那你说这个是分配失败啊，分配失败，那么接着什么，如L是分配成功是吧，你分配成功再往下走了，就这里就可以了。你添加到这个位置就行了，会没点到。分配成功。那我们就首先这个p object就等于什么，等于这个k memory catch。就这个意思啊啊分配一个什么呢？啊，直接a lock了，那么a lock什a lock就是要注意啊，就是PMY开启从这里面。

分配的gfp下划线。错了，就这个意思，什么意思啊，这里是直接从。刚才分配的。钢材分配这个。描述啊磁那波缓程也可以了，是不是是那波缓程中。分配一个什么呢？内存对象给那个P。分配完之后，接着在这里做这个判断。美啊。嗯，再来做这个班呢。好一服乙烯。如果。如果。如果它等于空是不是？如果等于空，哪个等于空？Object等于空？它等于空。那我就执行这句话。

第一个函数。对不对，诶。让这个函数创建什么呢？分配。内存。函数。分配内存对象失败。是这个意思。Else啊，就是失败。那么L4的话呢，那你就分配成功了，是不是L4就分配成功啊，你可将这个地址打出来。啊，20的分配成功。那我就双是不是那么A。什么？Alo这个对象啊。好，Object。第一次弟子是吧？0X100分号LX。

犯。无符号side。看到没有？那么就p object就可以看这部分全部写好，你看。就这么简单啊，它并不是很难，你看现在我们就是说你先分配什么，先分配这个内缓存。然后再分配这个什么，在缓程里面分配这个内存对象给那个给p object才可以。而他整体思路就这样了。好，那么现在我们摸清这个思路之后呢，那接下来你们退出了。退出，你释放是不是释放没问题，刚刚我们讲了。释放，你先释放第一个了。是不是就是你在释放之前，你要先释放什么，先释放object是不是啊p object。如果为非空，非空的话。我就咨询这个了。

飞空啊。就掉那个函数。Memory catch。有一个什么real什么呢P。Object。那证明什么？我调用这个函数。来释放。内存。释放内存对象成功。就这么干。是不是大家注意啊，就这么简单，然后再释放什么，先释放对象，再释放内返程就可以了。那整个操作都是一样。啊，那么现在夸什么呢？现在我们要进行保存一下各方面啊，先保存一下。将这个代码。放到这边来。OK。先把这个关了啊。

放一个。现在没使用是什么呀？是a lock。对不对。A lo。诶。Blocks。我这来看到没有。好接着什么，接着打开啊。进来了。好打开进来之后呢，那么G看到没有。改一下。可以了。改完之后，那么接着我们就麦一下。货物了，看到没有？参数是吧。Free。好，那现在我们就对一下啊。

到这边来。啊，就这一个，看到没有。他告诉你这个。这个参见了没有？MEM下划线开启F。啊，少了一个。还有一个什么，少了一个参数是不是。P。Catch。甩个参数啊。把这个代码放大是不是。保存好。对吧。

好，再迈克一下。好，没问题了是吧，没问题，那现在我们就看结果。DMS机是不是？杠C啊，先插入。是吧？啊，进入这个高级线是。Kill。啊，现在看到没有，分配成功看到没有，你看内分配成功，在内里面再分配内存对象A。这个成功了啊。你看调那个函数分配。对项对项成功，这应该写错字了，是复制下来的。啊，那改一下没关系，是。两个都失败啊，这地方是分配成功啊。是复制过来描述的时候，描述描述错误是吧。可以了。

保存好。代码是不是。在麦克一下。没问题。先把刚才那个啊。是。来进行插入。好，没问题，没问题。

我们看一下。项都分配成功，是不是对项分配成功啊？好，那这个成功者他把上次打出来了啊。他把三次这几个打出来，然后接着什么，接着呢，R'M是不是，你看这个分配的例子出来是吧。ID是不是再来一个什么呀。再来一个这个。K。在什么呀？D me SG是吧，杠C，你看。E。现在全部出来是吧。这就是什么，这就这个啊。释放成功是吧。下面这个。是属于什么呢？属于这个阴性结果。

可以了是吧，那么这个语言代码啊。就直接什么。直接重加复制就可以了。把代码换过来。OK，你看所以啊，各位朋友们，那么本节课啊说的啊，这个代码运行过程是不是我全部都给他讲解完毕了，有任何问题啊，我们再进行进一步的沟通是吧。你看我们这个insert mode是吧。KO。DS机。那这个是自行开始的啊。好的，那我们下一次课啊，再继续啊，同学们啊，各位朋友们啊，再见。