Linux内核模块开发 Slab高速缓存接口与用例

在内核模块开发或者驱动开发中经常会使用到内存分配，常见的方式是调用 kmalloc 接口分配内存。

static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);

kmalloc接口使用简单，并且不会对所获取的空间清零，分配的空间仍然保持着原有的数据。但是根据<linux设备驱动程序>一书中的说法，kmalloc能够分配的内存块大小，存在一个上限。这个限制随着体系架构的不同以及内核配置选项的不同而变化。此外，在程序中常常会反复分配很多同一大小的内存块，经常会带来重复初始化和内存碎片问题，于是内核提供了slab机制。

slab的优势

与传统的内存管理模式相比， slab 缓存分配器提供了很多优点。首先，内核通常依赖于对小对象的分配，它们会在系统生命周期内进行无数次分配。slab 缓存分配器通过对类似大小的对象进行缓存而提供这种功能，从而避免了常见的碎片问题。slab 分配器还支持通用对象的初始化，从而避免了为同一目而对一个对象重复进行初始化。最后，slab 分配器还可以支持硬件缓存对齐和着色，这允许不同缓存中的对象占用相同的缓存行，从而提高缓存的利用率并获得更好的性能。

slab的接口简单，包含slab缓存创建，对象内存分配、释放与slab缓存销毁。

/* 创建 slab 缓存结构 */ static struct kmem_cache *my_cachep;/* * slab 缓存创建 * 该函数创建一个新的高速缓存对象啊，其中可以容纳任意数目的内存区域，这些区域的大小都相同，* 由size参数指定，参数name与这个高速缓存相关联，其功能是保管一些信息以便跟踪，它通常被* 设置为将要高速缓存的结构类型的名字，高速缓存保留指向该名称的指针而不是复制其内容，因此* ，程序应该将指向静态存储的指针传递给这个函数。名称中不能有空白。* align参数指的是某种对齐方式，通常取值为0* flag控制如何分配，是一个位掩码，可以有如下取值：** SLAB_NO_RAP : 设置这个标志可以保护高速缓存在系统寻找内存的时候不会被减少，设置该标志通常不是* 好主意，因为对内存分配器的自由做一些人为的、不必要的限制。** SLAB_HWCACHE_ALIGN :* 这个标志要求所有数据对象跟高速缓存行对齐；实际的操作则依赖与主机平台的硬件高速缓存布局，如果在* SMP机器上，高速缓存中包含有频繁访问的数据项的话，该选项是一个非常好的选择，但是，为了满足高速* 缓存行的对齐需求，必要的填白可能浪费大量内存。** 还有其它的一些选项，如SLAB_CACHE_DMA, SLAB_DESTROY_BY_RCU,SLAB_MEM_SPREAD* 具体使用哪一个根据应用决定，每个选项在源文件linux/slab.h中有详细注释*/ struct kmem_cache *kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align,unsigned long flags, void (*ctor)(void *))/** 从缓存中分配一个对象 * flag标志位常用的有GFP_KERNEL, GFP_ATOMIC,区别在于前者可能会引起睡眠*/ void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags)；/* 将一个对象释放回slab */ void kmem_cache_free( struct kmem_cache *cachep, void *objp );/* 销毁 slab 缓存, 调用前必须确保所有对象都已经返还给slab缓存 */ void kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *cachep);/* 其它接口 */ //与kmem_cache_alloc类似，只不过它会对分配到的缓存清零 static inline void *kmem_cache_zalloc(struct kmem_cache *k, gfp_t flags)；

下面是一个简单的slab使用的demo,包括创建slab缓存， 分配对象内存，释放对象与销毁slab缓存。

/** Description : slab高速缓存用例* Author : mason* Date : 201809*/ #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/slab.h>#define log_info(fmt, arg...) printk("<3>%s:%d " fmt, __FUNCTION__ , __LINE__, ##arg)/* 创建slab 缓存结构 */ static struct kmem_cache *slab_cachep;static int __init slab_demo_init(void) {void *object;log_info("slab cache init \r\n");/* 创建slab缓存，对象大小32个字节 */slab_cachep = kmem_cache_create("slab_demo_cache", 32, 0, SLAB_DESTROY_BY_RCU, NULL);if (!slab_cachep){log_info("error, create slab_cache fail! \r\n");return -1;}/* 分配对象内存 */object = kmem_cache_alloc(slab_cachep, GFP_KERNEL); if (object) {log_info("create slab object success \r\n");kmem_cache_free( slab_cachep, object );}return 0; }static void __exit slab_demo_exit(void) {kmem_cache_destroy( slab_cachep );log_info("slab cache destroy \r\n"); }module_init(slab_demo_init); module_exit(slab_demo_exit); MODULE_LICENSE("GPL");

内核版本 3.4.39

运行截图：

参考资料：

1. Linux slab 分配器剖析 :

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-slab-allocator/

2. 《linux设备驱动程序第三版》

《新程序员》：云原生和全面数字化实践50位技术专家共同创作，文字、视频、音频交互阅读

总结

以上是生活随笔为你收集整理的Linux内核模块开发 Slab高速缓存接口与用例的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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