slub把内存分组管理,每个组分别包含2^3、2^4、...2^11个字节,在4K页大小的默认情况下,另外还有两个特殊的组,分别是96B和192B,共11组。之所以这样分配是因为如果申请2^12B大小的内存,就可以使用伙伴系统提供的接口直接申请一个完整的页面即可。
slub就相当于零售商,它向伙伴系统“批发”内存,然后在零售出去。一下是整个slub系统的框图:

一切的一切源于kmalloc_caches[12]这个数组,该数组的定义如下:
struct kmem_cache kmalloc_caches[PAGE_SHIFT] __cacheline_aligned;
每个数组元素对应一种大小的内存,可以把一个kmem_cache结构体看做是一个特定大小内存的零售商,整个slub系统中共有12个这样的零售商,每个“零售商”只“零售”特定大小的内存,例如:有的“零售商”只"零售"8Byte大小的内存,有的只”零售“16Byte大小的内存。
每个零售商(kmem_cache)有两个“部门”,一个是“仓库”:kmem_cache_node,一个“营业厅”:kmem_cache_cpu。“营业厅”里只保留一个slab,只有在营业厅(kmem_cache_cpu)中没有空闲内存的情况下才会从仓库中换出其他的slab。
所谓slab就是零售商(kmem_cache)批发的连续的整页内存,零售商把这些整页的内存分成许多小内存,然后分别“零售”出去,一个slab可能包含多个连续的内存页。slab的大小和零售商有关。
相关数据结构:
物理页按照对象(object)大小组织成单向链表,对象大小时候objsize指定的。例如16字节的对象大小,每个object就是16字节,每个object包含指向下一个object的指针,该指针的位置是每个object的起始地址+offset。每个object示意图如下:
void*指向的是下一个空闲的object的首地址,这样object就连成了一个单链表。
向slub系统申请内存块(object)时:slub系统把内存块当成object看待
- slub系统刚刚创建出来,这是第一次申请。
此时slub系统刚建立起来,营业厅(kmem_cache_cpu)和仓库(kmem_cache_node)中没有任何可用的slab可以使用,如下图中1所示:

因此只能向伙伴系统申请空闲的内存页,并把这些页面分成很多个object,取出其中的一个object标志为已被占用,并返回给用户,其余的object标志为空闲并放在kmem_cache_cpu中保存。kmem_cache_cpu的freelist变量中保存着下一个空闲object的地址。上图2表示申请一个新的slab,并把第一个空闲的object返回给用户,freelist指向下一个空闲的object。
- slub的kmem_cache_cpu中保存的slab上有空闲的object可以使用。
这种情况是最简单的一种,直接把kmem_cache_cpu中保存的一个空闲object返回给用户,并把freelist指向下一个空闲的object。

- slub已经连续申请了很多页,现在kmem_cache_cpu中已经没有空闲的object了,但kmem_cache_node的partial中有空闲的object 。所以从kmem_cache_node的partial变量中获取有空闲object的slab,并把一个空闲的object返回给用户。


上图中,kmem_cache_cpu中已经都被占用的slab放到仓库中,kmem_cache_node中有两个双链表,partial和full,分别盛放不满的slab(slab中有空闲的object)和全满的slab(slab中没有空闲的object)。然后从partial中挑出一个不满的slab放到kmem_cache_cpu中。

上图中,kmem_cache_cpu中中找出空闲的object返回给用户。
- slub已经连续申请了很多页,现在kmem_cache_cpu中保存的物理页上已经没有空闲的object可以使用了,而此时kmem_cache_node中没有空闲的页面了,只能向内存管理器(伙伴算法)申请slab。并把该slab初始化,返回第一个空闲的object。




















