嵌入式系統(tǒng)e_slab的研究與實(shí)現(xiàn)

unsigned int objsize;

unsigned int gfporder;

unsigned int num;

…

} cache_t;

cache的描述結(jié)構(gòu)為cache_t，它主要描述了所管e_slab的基本信息。由于cache_t結(jié)構(gòu)大小相同，可把cache_t看做一個(gè)專用對(duì)象，所有的cache組織在一起。

cache管理的所有e_slab被加入到list隊(duì)列。把管理所有cache的結(jié)構(gòu)稱之為cache_cache。cache_cache與cache之間有兩種關(guān)系：一種是雙向隊(duì)列關(guān)系，如圖3虛框①內(nèi)所示，cache_cache利用雙向鏈表將系統(tǒng)中所有的cache(包括專用cache和通用cache)組成循環(huán)隊(duì)列;一種是cache與對(duì)象之間的關(guān)系。

2.2 e_slab分配器初始化

e_slab分配器初始化主要完成cache、e_slab_t等結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，為對(duì)象的分配做好準(zhǔn)備。

2.2.1 cache的創(chuàng)建

cache_cache是系統(tǒng)中所有cache的管理者，它的創(chuàng)建優(yōu)先于所有的cache。系統(tǒng)會(huì)為每種對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)cache，創(chuàng)建流程如下：

(1)申請(qǐng)一個(gè)cache空間。從cache_cache中分配一個(gè)專用對(duì)象，即cache。設(shè)置cache中的各個(gè)域，包括管理的對(duì)象大小的上限和e_slab大小，其中e_slab大小與對(duì)象大小有關(guān)。

(2)將此cache加入管理隊(duì)列。將cache加入cache_cache組成的雙向隊(duì)列中，雙向隊(duì)列采用通用鏈表鏈接所有的cache。

(3)將cache加入分配隊(duì)列。用一個(gè)全局的cache指針指向生成的cache。

2.2.2 e_slab的創(chuàng)建

在cache的創(chuàng)建過程中，需為每個(gè)cache創(chuàng)建一個(gè)e_slab。e_slab中的對(duì)象全部空閑，可供分配，其流程如下：

(1)借助頁面分配器申請(qǐng)連續(xù)物理頁面。根據(jù)e_slab申請(qǐng)的大小和是否有DMA請(qǐng)求，在相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)申請(qǐng)連續(xù)頁塊。

(2)設(shè)置頁面屬性。主要設(shè)置該頁面的e_slab標(biāo)志，并將該頁塊與cache和e_slab關(guān)聯(lián)。

(3)設(shè)置e_slab描述結(jié)構(gòu)，初始化對(duì)象結(jié)構(gòu)。

2.3 對(duì)象的分配與釋放

對(duì)象的分配與釋放是內(nèi)存管理模塊提供的兩個(gè)基本接口。

2.3.1 對(duì)象的分配

當(dāng)系統(tǒng)需要小內(nèi)存塊或者專用對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用對(duì)象分配操作，完成對(duì)對(duì)象的分配，具體流程如圖4所示。

(1)找到對(duì)應(yīng)的cache。根據(jù)申請(qǐng)對(duì)象的大小定位相應(yīng)的cache。

(2)確定對(duì)應(yīng)的e_slab。檢查cache中的e_slab，找到滿足本次請(qǐng)求的e_slab，如果所有的e_slab均不能滿足，則創(chuàng)建一個(gè)新的e_slab并添加到cache管理的隊(duì)列中。

(3)從e_slab中分配一個(gè)空閑對(duì)象。從e_slab為系統(tǒng)分配一個(gè)空閑對(duì)象和object_t結(jié)構(gòu)，將對(duì)象返還給系統(tǒng)，調(diào)整e_slab中對(duì)象，管理數(shù)組結(jié)構(gòu)。

2.3.2 對(duì)象的釋放

系統(tǒng)使用完對(duì)象后，應(yīng)及時(shí)釋放對(duì)象，否則內(nèi)存會(huì)越用越少。對(duì)象釋放流程如圖5所示。

(1)確定對(duì)象對(duì)應(yīng)的cache與e_slab。根據(jù)對(duì)象的地址可以獲得所在頁面的描述符結(jié)構(gòu)，從而獲得對(duì)應(yīng)的cache和e_slab。

(2)釋放對(duì)象。獲得對(duì)象在e_slab中的偏移，采用頭插法將對(duì)象加入空閑對(duì)象隊(duì)列，并使e_slab中空閑內(nèi)存增加釋放值。

(3)e_slab的調(diào)整。檢查e_slab中空閑內(nèi)存大小，若等于e_slab中所有對(duì)象都釋放，則清除頁面的e_slab標(biāo)志，并把e_slab占用頁塊歸還給物理內(nèi)存管理器。

2.4 e_slab分配器的回收

在系統(tǒng)退出、內(nèi)存回收等不再需要e_slab分配器時(shí)，需進(jìn)行e_slab分配器的回收,主要完成e_slab的釋放和cache的釋放。

2.4.1 e_slab的釋放

在對(duì)象釋放過程中，若發(fā)現(xiàn)某個(gè)e_slab已經(jīng)全部空閑，沒有分配的對(duì)象，則將其釋放，流程如下：

(1)將e_slab從cache結(jié)構(gòu)中刪除。e_slab從cache的list隊(duì)列中摘掉。

(2)清除頁面標(biāo)志。將e_slab所在物理頁面的e_slab標(biāo)志清除，并清除頁面與e_slab和cache的關(guān)聯(lián)，使頁面回到初始狀態(tài)。

2.4.2 cache的釋放

當(dāng)系統(tǒng)不再使用某種對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)要銷毀管理對(duì)象的cache。cache銷毀流程如下：

(1)將cache從管理隊(duì)列摘掉。將cache從cache_cache組成的雙向隊(duì)列中刪除。

(2)確定cache中沒有e_slab。在cache銷毀前，必須確定所管理的對(duì)象都已釋放，檢查cache的list隊(duì)列，為空則cache中沒有e_slab，否則進(jìn)行e_slab釋放。

(3)釋放cache結(jié)構(gòu)占用的內(nèi)存。由于cache是cache_cache管理的對(duì)象，cache結(jié)構(gòu)的釋放過程就是對(duì)象的釋放過程。

3 性能測(cè)試

在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理設(shè)計(jì)過程中，分別采用頁面分配器與slab分配器相結(jié)合的方案和頁面分配器與e_slab分配器相結(jié)合的方案，比較兩種方案中slab和e_slab管理結(jié)構(gòu)的內(nèi)存占用量和內(nèi)存分配釋放中的性能。

在管理結(jié)構(gòu)內(nèi)存占用方面，e_slab比slab節(jié)省了43%的空間;在對(duì)象的c過程中，e_slab的速度比slab快8%;內(nèi)存釋放過程中，e_slab比slab快5%?？梢姡还茉跁r(shí)間上還是空間上，e_slab性能都比slab優(yōu)越。