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陈勇

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关于RTT支持的内存分配算法

1.静态内存池管理。

2.针对小内存块的分配管理(小内存管理算法)

3.针对大内存块的管理算法(SLAB管理算法)

前面两篇已经把第1,2种算法看了,现在就来看看第三种算法,第三种算法主要是针对大内存使用的。第二种,小内存算法在分配内存的时候,随着内存碎片的增多,分配速度会越来越慢,当总的内存太大的时候,内存碎片的数量可能会更多,此时这种算法就会变得不再适用。

SLAB在我看来就是前两种算法的融合。

最原始的SLAB算法是Jeff Bonwick为Solaris 操作系统而引入的一种高效内核内存分配算法。

RT-Thread的SLAB分配器实现主要是去掉了其中的对象构造及析构过程,只保留了纯粹的缓冲型的内存池算法。SLAB分配器会根据对象的类型(主要是大小)分成多个区(zone),也可以看成每类对象有一个内存池,如 SLAB 内存分配器结构 所示:
2.jpg
一个zone的大小在32k ~ 128k字节之间,分配器会在堆初始化时根据堆的大小自动调整。系统中最多包括72种对象的zone,最大能够分配16k的内存空间,如果超出了16k那么直接从页分配器中分配。每个zone上分配的内存块大小是固定的,能够分配相同大小内存块的zone会链接在一个链表中,而72种对象的zone链表则放在一个数组(zone arry)中统一管理。

下面是分配器主要的两种操作:

内存分配: 假设分配一个32字节的内存,SLAB内存分配器会先按照32字节的值,从zone array链表表头数组中找到相应的zone链表。如果这个链表是空的,则向页分配器分配一个新的zone,然后从zone中返回第一个空闲内存块。如果链表非空,则这个zone链表中的第一个zone节点必然有空闲块存在(否则它就不应该放在这个链表中),那么就取相应的空闲块。如果分配完成后,zone中所有空闲内存块都使用完毕,那么分配器需要把这个zone节点从链表中删除。

内存释放:分配器需要找到内存块所在的zone节点,然后把内存块链接到zone的空闲内存块链表中。如果此时zone的空闲链表指示出zone的所有内存块都已经释放,即zone是完全空闲的,那么当zone链表中全空闲zone达到一定数目后,系统就会把这个全空闲的zone释放到页面分配器中去。

这个算法比较复杂,下面就从代码层面来看看它的具体实现方法。

这个算法有如下几个比较重要的函数:
void *rt_page_alloc(rt_size_t npages) void rt_page_free(void *addr, rt_size_t npages) static void rt_page_init(void *addr, rt_size_t npages) void rt_system_heap_init(void *begin_addr, void *end_addr) void *rt_malloc(rt_size_t size) void rt_free(void *ptr)

这里面有个rt_page,这个函数是用来为zone分配内存而使用的。
```struct rt_page_head
{
struct rt_page_head next; / next valid page /
rt_size_t page; / number of page */

/* dummy */
char dummy[RT_MM_PAGE_SIZE - (sizeof(struct rt_page_head *) + sizeof(rt_size_t))];
};```

因为是针对大内存所使用的算法,所以其把给zone使用的内存分配单位定为了4096(4K),其算法与第二种内存算法基本一致,只有一点不同,就是他的结构中包含了每个内存控制块所包含的page数量(对应于算法2的字节数),所以不再需要把所有控制结构用放入一个链表中,而是直接把空闲的控制块放入链表,一旦控制块被分配,将其移出整个链表就好了。

为了理解代码的实现,这里觉得只要知道了page,zone,chunk的关系就可以了。这3个东西均是内存块,但是却是不同的功能。

page很简单,其实就是给zone分配内存时候的最基本的内存单位,RTT中默认为4K。

zone其实就是一个内存池,它的内部被划分为n个相同大小的chunk,这个结构非常类似于第一个内存分配算法mempool。这点从它所包含的成员也可以看出。

```typedef struct slab_zone

chunk就是zone中分配内存的最小单位,类比于mempool中的block,每个zone中chunk的大小都相同。有一个链表将所有未分配的chunk链接起来,当chunk被分配之后就会被移出这个链表。

```typedef struct slab_chunk

RTT内存管理相关的内容都大概分析完了。之后会抽时间继续分析RTT其他部分的代码。



原作者:yushigengyu

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