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Linux内核内存池实现研究
引言
Linux是当前的操作系统领域的一个重要玩家，除了在笔记本和桌面电脑上广泛使用之外，Linux的内核也用于许多嵌入式设备和服务器领域。Linux的内核对内存管理和资源分配有着丰富的支持。在这个主题下，我们将讨论Linux内核内存池的实现，并探究Linux内核是如何使用内存池的。
Linux内核内存管理
在操作系统中，内存是一项重要的计算机资源，因为它可以承载正在运行的程序和数据。为了有效地处理内存，操作系统必须运行内存管理和资源分配。Linux内核有许多管理内存的方法，包括分页、段页和伙伴分配器。
Linux内核内存池
Linux内核内存池是一个组织内核代码的数据结构，用于存储每个对象的内存。内存池使用内存预分配技术，以便快速高效地为内核对象分配内存。它可以节省内存分配、释放和内存碎片整理等的时间开销。
内存池的工作方式是通过在启动时以固定数量的固定对象大小预分配一块内存。在运行时，内核程序可以从内存池中分配对象内存，而不是使用动态内存分配器。内存池可以有效地减少内存使用，特别是在有大量短期内存对象分配和释放的情况下。
内存池的实现方式
在Linux内核中，内存池以slab和slub的形式实现。两种实现方式都是用于内核对象分配和释放，但它们有不同的性质和行为。因此，我们将对这两种内存池的实现方式进行详细讨论。
1.slab实现
slab实现方式是一种机制，用于管理内核对象的生命周期。slab仅用于动态对象的管理，底层内存分配的实现使用伙伴分配器。slab直接从伙伴分配器中分配大块内存，称为slab-cache。用户可以根据需要创建任意数量的slab-cache，每个缓存包含大小相同的对象。在运行时，要分配对象时，slab-cache使用对象分配器从slab中分配空间。内核通过记录每个slab的空闲位置来跟踪空闲对象的位置。
slab和slab-cache的概念是创造出来帮助管理硬件中的缓存的。为了使他们工作，才加入了一种内存池的概念。这一方式中因为让内存池来管理硬件中的缓存，因此可以重用已经使用的缓存，提高了对于硬件缓存的数据访问速度。例如，如果已经在高速缓存中存在一部分需要的数据，并且已经在未来的某个时间被访问了一次，那么这次访问将可以通过硬件内存或高速缓存实现，提高了速度。
2.slub实现
slub实现是一种高效的内存池实现方式，最初由史蒂芬·霍华德于2005年在Linux内核中实现，并于2.6.23版本中首次使用。它通过激活/禁用slab缓存来动态确定大小。
和slab一样，slub使用伙伴分配器分配分页内存。它动态分配每个缓存对象所需的slab空间，以便更好地利用内存。相比之下，slub的开销比slab更小，因为slab可能需要在空闲slab之间移动对象，而slub只在初始化时分配每个缓存对象所需的空间。
slub的主要优点是在于它没有slab属性的硬编码限制。内存大小可以在单个对象和整个缓存之间变化。slub还提供了更好的性能，因为它不需要移动对象以填满的断裂空间。slub的虚拟内存开销与物理内存开销相比也更小。虽然slub内存池通常需要更大的代码开销，但在需要大量对象的情况下，slub的性能优势很明显。
结论
因为Linux内核需要高效地管理内存资源，内存池是必不可少的。内存池的实现方式包括slab和slub。Slab的实现是固定的，只能用于存储指定大小的对象。相比之下，SLUB是动态的，可以处理任意大小的对象。它通过必要的slab-space分配对象来实现这一点。两种方式都提供了优秀的内存管理和资源分配支持，并用于许多嵌入式设备和服务器领域。
参考文献:
1.LinuxKernelDevelopment,3rdEdition,byRobertLove,ReleasedDecember2010.
2.UnderstandingtheLinuxKernel,3rdEdition,byDanielP.BovetandMarcoCesati,ReleasedNovember2005.
3.“InsidetheLinuxKernel:DesignandImplementation,PartI”byDanielRobbins.