arm64内存-kmem_cache-slub-分配器-结构体和框架
2022/4/6 7:21:03
本文主要是介绍arm64内存-kmem_cache-slub-分配器-结构体和框架，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
上一篇 : arm64内存-memblock交接内存给zoned frame allocator (buddy system)
https://www.cnblogs.com/zhangzhiwei122/p/16100012.html
start_kernel -> mm_init -> kmem_cache_init
启动过程，就是各种初始化，前面 mem_init 刚把 buddy system 初始化搞完，下面的 kmem_cache_init 就开始了。
初始化过程知识密度太大了，一行 xx_init 语句，后面就隐藏着一座冰山，没有充足的背景知识，真的很难梳理下去。
kernel memeory cache init - 内核 内存 缓存 初始化。
背景： 在内核空间，也需要 提供 类似 malloc / free 接口的 内存分配器，不然在需要申请小对象时就只能分配一整页了；同时，内核对对象的管理又有一定的特殊性，有些对象的访问非常频繁，需要采用缓冲机制。
所以，名字就是 k mem cache init 。
818/*
819 * Set up kernel memory allocators
820 */
821static void __init mm_init(void)
822{
823 /*
824 * page_ext requires contiguous pages,
825 * bigger than MAX_ORDER unless SPARSEMEM.
826 */
827 page_ext_init_flatmem();
828 init_debug_pagealloc();
829 report_meminit();
830 mem_init();
831 kmem_cache_init();
slub 结构体和框架
参考：
https://www.cnblogs.com/LoyenWang/p/11922887.html
https://blog.csdn.net/chenying126/article/details/78451344
https://blog.csdn.net/weixin_29746595/article/details/116930296
框架
to be done
结构体
mm/slab.h
slab_state - slab 分配器初始化过程的各个阶段。 DOWN = 0 ，即默认阶段。 kmem_cache_init 里面会，随着初始化，会 修改 66 行 的 slab_state 全局变量。
57 */
58enum slab_state {
59 DOWN, /* No slab functionality yet */
60 PARTIAL, /* SLUB: kmem_cache_node available */
61 PARTIAL_NODE, /* SLAB: kmalloc size for node struct available */
62 UP, /* Slab caches usable but not all extras yet */
63 FULL /* Everything is working */
64};
65
66extern enum slab_state slab_state;
kmem_cache 结构体
一个 kmem_cache 对象，管理 相同 size 的 很多对象 。
这 应该属于 ： pool 类型内存分配
举例： 先申请出来 1024 个 32 字节的对象； 512 个 64字节的对象；
alloc(size = 12 ) 时，对 size 进行 roundup (找到 32 自己的 pool )， 从pool 中 取 一个没有使用的，丢出去）
107 行， char * name 是 缓存对象管理器 的名称。
88 · 89 记录 被管理对象的 size 信息。这个 kmem_cache 对象分配和回收 都时按照 这个 size 信息来进行的。里面管理的就是 相同大小（大小为 size) 的对象。
96 行 - oo 里面，高 16 bits 记录 order 值； 低 16 bits 记录 缓存对象的 总个数。
108 - list 将系统中，所有的 kmem_cache 对象都 链接 起来。
83struct kmem_cache {
84 struct kmem_cache_cpu __percpu *cpu_slab;
85 /* Used for retrieving partial slabs, etc. */
86 slab_flags_t flags;
87 unsigned long min_partial;
88 unsigned int size; /* The size of an object including metadata */
89 unsigned int object_size;/* The size of an object without metadata */
91 unsigned int offset; /* Free pointer offset */
92#ifdef CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL
93 /* Number of per cpu partial objects to keep around */
94 unsigned int cpu_partial;
95#endif
96 struct kmem_cache_order_objects oo;
97
98 /* Allocation and freeing of slabs */
99 struct kmem_cache_order_objects max;
100 struct kmem_cache_order_objects min;
101 gfp_t allocflags; /* gfp flags to use on each alloc */
102 int refcount; /* Refcount for slab cache destroy */
103 void (*ctor)(void *);
104 unsigned int inuse; /* Offset to metadata */
105 unsigned int align; /* Alignment */
106 unsigned int red_left_pad; /* Left redzone padding size */
107 const char *name; /* Name (only for display!) */
108 struct list_head list; /* List of slab caches */
109#ifdef CONFIG_SYSFS
110 struct kobject kobj; /* For sysfs */
111#endif
130
131 unsigned int useroffset; /* Usercopy region offset */
132 unsigned int usersize; /* Usercopy region size */
133
134 struct kmem_cache_node *node[MAX_NUMNODES];
135};
示例 - 1 ：
arch/arm64/mm/pgd.c 中，构建了一个名为 pgd_cache 的 缓存对象管理器。 它管理的就是 size 为 PGD_SIZE 的对象。
之后，想要 alloc 时，分配出来的就是 PGD_SIZE 大小的一个空间。
18static struct kmem_cache *pgd_cache __ro_after_init;
38void __init pgtable_cache_init(void)
39{
54 pgd_cache = kmem_cache_create("pgd_cache", PGD_SIZE, PGD_SIZE,
55 SLAB_PANIC, NULL);
56}
示例 - 2 mm/slab_common.c 中
name 为 kmalloc-96 的 kmem_cache 对象，管理 大小为 96 字节的对象 的缓存；
name 为 kmalloc-1k 的 kmem_cache 对象，管理 大小为 1024 字节的对象 的缓存；
……
这样的 kmalloc-xx 有 8 ，16， 32， 64，128 ，…… 67108864， kmalloc-96, kmalloc-192 这么多
kmalloc( size ) 是，其实就是 roundup ( size ) 找到 找到 合适的 kmalloc-xx 缓存管理器，从里面分配 对象 。
kernel 中，所有的 缓存管理器对象，都通过 list 链接起来 。
kmem_cache_cpu 结构体
42struct kmem_cache_cpu {
43 void **freelist; /* Pointer to next available object */
44 unsigned long tid; /* Globally unique transaction id */
45 struct page *page; /* The slab from which we are allocating */
46#ifdef CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL
47 struct page *partial; /* Partially allocated frozen slabs */
48#endif
52};
kmem_cache 中 struct kmem_cache_cpu __percpu *cpu_slab; 指向的对象。
在 4 个CPU的系统上面，
1 个 kmem_cache 对象， 需要创建 4 个 kmem_cache_cpu 对象。每个cpu 取自己的 kmem_cache_cpu 对象，然后从里面 分配 对象 出来。
43 freelist 指向 空闲的（未被分配出去的） 对象【加速分配：下次分配是，发现 freelist 非空，就可以直接分配它出去了】
45 ～ 47 指向 struct page 对象。 这个 struct page 里面，记录了 所有管理 的 对象 的地址 信息。
kmem_cache_node
记录 一个 节点 （node）上面的 缓存对象 的存放 信息
548struct kmem_cache_node {
549 spinlock_t list_lock;
550
566#ifdef CONFIG_SLUB
567 unsigned long nr_partial;
568 struct list_head partial;
574#endif
576};
struct kmem_cache_node *node[MAX_NUMNODES]; 中的指针指向的对象 。
UMA 系统上面，MAX_NUMNODES 为 1，即 1 个 kmem_cache 对象，需要分配 1 个 kmem_cache_node 对象 。
567 nr_partial 记录了 页块 （用于存放 对象 ） 的个数。
568 partial 用于 将多个 页块 组成 list .
struct page
1 struct page {
2 union {
3 void *s_mem; /* slab first object */
4 };
5
6 /* Second double word */
7 union {
8 void *freelist; /* sl[aou]b first free object */
9 };
10
11 union {
12 struct {
13 union {
14 struct { /* SLUB */
15 unsigned inuse:16;
16 unsigned objects:15;
17 unsigned frozen:1;
18 };
19 };
20 };
21 };
22
23 /*
24 * Third double word block
25 */
26 union {
27 struct { /* slub per cpu partial pages */
28 struct page *next; /* Next partial slab */
29 int pages; /* Nr of partial slabs left */
30 int pobjects; /* Approximate # of objects */
31 };
32
33 struct rcu_head rcu_head; /* Used by SLAB
34 * when destroying via RCU
35 */
36 };
37 struct kmem_cache *slab_cache; /* SL[AU]B: Pointer to slab */
38 }
3 - s_mem 指向 page 对应 的 物理页 映射后 的虚拟地址 。物理页就是用来存放 对象 空间。
8 - freelist - 指向 第一个 空闲对象 。
14～ 18 SLUB 模型中使用，inuse - 使用的 对象数目， objects - 总共的对象数目； fronzen - 标识是 kmem_cache_cpu 中指向的 page ；还是 node 中指向的page .
27 ~ 31 SLUB模型的 kmem_cache_cpu 对象的 partial 指向的 page 页 才具有的属性。
37 - slab_cache 指向 这个page 所属的 kmem_cache 对象。
这篇关于arm64内存-kmem_cache-slub-分配器-结构体和框架的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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