<code>Read the fucking source code!</code> --By 魯迅
<code>A picture is worth a thousand words.</code> --By 高爾基
說明：
Kernel版本：4.14
ARM64處理器，Contex-A53，雙核
使用工具：Source Insight 3.5， Visio
之前的文章分析的都是基于頁面的記憶體配置設定，而小塊記憶體的配置設定和管理是通過塊配置設定器來實作的。目前核心中，有三種方式來實作小塊記憶體配置設定：<code>slab, slub, slob</code>，最先有<code>slab</code>配置設定器，<code>slub/slob</code>配置設定器是改進版，<code>slob</code>配置設定器适用于小記憶體嵌入式裝置，而<code>slub</code>配置設定器目前已逐漸成為主流塊配置設定器。接下來的文章，就是以<code>slub</code>配置設定器為目标，進一步深入。
先來一個初印象：
有四個關鍵的資料結構：
<code>struct kmem_cache</code>：用于管理<code>SLAB緩存</code>，包括該緩存中對象的資訊描述，per-CPU/Node管理slab頁面等；
關鍵字段如下：
<code>struct kmem_cache_cpu</code>：用于管理每個CPU的<code>slab頁面</code>，可以使用無鎖通路，提高緩存對象配置設定速度；
<code>struct kmem_cache_node</code>：用于管理每個Node的<code>slab頁面</code>，由于每個Node的通路速度不一緻，<code>slab</code>頁面由Node來管理；
<code>struct page</code>：用于描述<code>slab頁面</code>，<code>struct page</code>結構體中很多字段都是通過<code>union</code>聯合體進行複用的。
<code>struct page</code>結構中，用于<code>slub</code>的成員如下：
圖來了：
針對Slub的使用，可以從三個次元來分析：
slub緩存建立
slub對象配置設定
slub對象釋放
下邊将進一步分析。
在核心中通過<code>kmem_cache_create</code>接口來建立一個<code>slab緩存</code>。
先看一下這個接口的函數調用關系圖：
<code>kmem_cache_create</code>完成的功能比較簡單，就是建立一個用于管理<code>slab緩存</code>的<code>kmem_cache</code>結構，并對該結構體進行初始化，最終添加到全局連結清單中。<code>kmem_cache</code>結構體初始化，包括了上文中分析到的<code>kmem_cache_cpu</code>和<code>kmem_cache_node</code>兩個字段結構。
在建立的過程中，當發現已有的<code>slab緩存</code>中，有存在對象大小相近，且具有相容标志的<code>slab緩存</code>，那就隻需要進行merge操作并傳回，而無需進一步建立新的<code>slab緩存</code>。
<code>calculate_sizes</code>函數會根據指定的<code>force_order</code>或根據對象大小去計算<code>kmem_cache</code>結構體中的<code>size/min/oo</code>等值，其中<code>kmem_cache_order_objects</code>結構體，是由頁面配置設定<code>order</code>值和<code>對象數量</code>兩者通過位域拼接起來的。
在建立<code>slab緩存</code>的時候，有一個先雞後蛋的問題：<code>kmem_cache</code>結構體來管理一個<code>slab緩存</code>，而建立<code>kmem_cache</code>結構體又是從<code>slab緩存</code>中配置設定出來的對象，那麼這個問題是怎麼解決的呢？可以看一下<code>kmem_cache_init</code>函數，核心中定義了兩個靜态的全局變量<code>kmem_cache</code>和<code>kmem_cache_node</code>，在<code>kmem_cache_init</code>函數中完成了這兩個結構體的初始化之後，相當于就是建立了兩個<code>slab緩存</code>，一個用于配置設定<code>kmem_cache</code>結構體對象的緩存池，一個用于配置設定<code>kmem_cache_node</code>結構體對象的緩存池。由于<code>kmem_cache_cpu</code>結構體是通過<code>__alloc_percpu</code>來配置設定的，是以不需要建立一個相關的<code>slab緩存</code>。
<code>kmem_cache_alloc</code>接口用于從slab緩存池中配置設定對象。
看一下大體的調用流程圖：
從上圖中可以看出，配置設定slab對象與<code>Buddy System</code>中配置設定頁面類似，存在快速路徑和慢速路徑兩種，所謂的快速路徑就是<code>per-CPU緩存</code>，可以無鎖通路，因而效率更高。
整體的配置設定流程大體是這樣的：優先從<code>per-CPU緩存</code>中進行配置設定，如果<code>per-CPU緩存</code>中已經全部配置設定完畢，則從<code>Node</code>管理的slab頁面中遷移<code>slab頁</code>到<code>per-CPU緩存</code>中，再重新配置設定。當<code>Node</code>管理的slab頁面也不足的情況下，則從<code>Buddy System</code>中配置設定新的頁面，添加到<code>per-CPU緩存</code>中。
還是用圖來說明更清晰，分為以下幾步來配置設定：
<code>fastpath</code>
快速路徑下，以原子的方式檢索per-CPU緩存的freelist清單中的第一個對象，如果freelist為空并且沒有要檢索的對象，則跳入慢速路徑操作，最後再傳回到快速路徑中重試操作。
<code>slowpath-1</code>
将per-CPU緩存中page指向的slab頁中的空閑對象遷移到freelist中，如果有空閑對象，則freeze該頁面，沒有空閑對象則跳轉到<code>slowpath-2</code>。
<code>slowpath-2</code>
将per-CPU緩存中partial連結清單中的第一個slab頁遷移到page指針中，如果partial連結清單為空，則跳轉到<code>slowpath-3</code>。
<code>slowpath-3</code>
将Node管理的partial連結清單中的slab頁遷移到per-CPU緩存中的page中，并重複第二個slab頁将其添加到per-CPU緩存中的partial連結清單中。如果遷移的slab中空閑對象超過了<code>kmem_cache.cpu_partial</code>的一半，則僅遷移<code>slab頁</code>，并且不再重複。
如果每個Node的partial連結清單都為空，跳轉到<code>slowpath-4</code>。
<code>slowpath-4</code>
從<code>Buddy System</code>中擷取頁面，并将其添加到per-CPU的page中。
<code>kmem_cache_free</code>的操作，可以看成是<code>kmem_cache_alloc</code>的逆過程，是以也分為快速路徑和慢速路徑兩種方式，同時，慢速路徑中又分為了好幾種情況，可以參考<code>kmem_cache_alloc</code>的過程。
調用流程圖如下：
效果如下：
快速路徑釋放
快速路徑下，直接将對象傳回到freelist中即可。
put_cpu_partial
<code>put_cpu_partial</code>函數主要是将一個剛freeze的slab頁，放入到partial連結清單中。
在<code>put_cpu_partial</code>函數中調用<code>unfreeze_partials</code>函數，這時候會将per-CPU管理的partial連結清單中的slab頁面添加到Node管理的partial連結清單的尾部。如果超出了Node的partial連結清單，溢出的slab頁面中沒有配置設定對象的slab頁面将會傳回到夥伴系統。
add_partial
添加slab頁到Node的partial連結清單中。
remove_partial
從Node的partial連結清單移除slab頁。
具體釋放的流程走哪個分支，跟對象的使用情況，partial連結清單的個數<code>nr_partial/min_partial</code>等相關，細節就不再深入分析了。
作者：LoyenWang
出處：https://www.cnblogs.com/LoyenWang/
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