深度解读Linux内核级通用内存池kmalloc体系

概述：
kmalloc是Linux内核中的通用内存分配器，它提供了一种在内核空间中分配小块连续内存的方法。kmalloc与用户空间的malloc函数类似，但在内核级别操作，因此可以在内核代码中使用。

基本原理：
kmalloc使用了一种称为slab分配器的机制。它通过预先分配一系列固定大小的内存块，形成一个或多个slab（内存池），然后按需从这些slab中分配内存。

Slab分配器：
slab分配器是kmalloc的核心组件，用于管理内存池。它将一块内存空间分为多个大小相等的对象，并维护三个链表：full，partial和empty。每个链表上的对象具有相同的大小。

• full链表：包含已分配完全的slab，其中的所有对象都被占用。
• partial链表：包含已部分分配的slab，其中的一些对象被占用，但还有剩余的可用对象。
• empty链表：包含完全空闲的slab，其中的所有对象都可用。

slab分配器通过这三个链表来管理内存的分配和释放，以提高内存分配的效率。

分配和释放内存：

• 内存分配：当内核代码需要分配一块小块的内存时，kmalloc会首先在partial链表中查找合适大小的slab。如果找到了，则从该slab中分配一个对象。如果partial链表为空，则从empty链表中获取一个slab，将其移动到partial链表，并从中分配一个对象。如果empty链表也为空，则向系统申请一块新的内存页，将其划分为多个slab，并将其中一个slab移动到partial链表中。
• 内存释放：当内存不再需要时，通过kfree函数将其返回给kmalloc。kmalloc会将该内存块标记为空闲状态，并将其添加到相应的partial链表或empty链表中。

高级功能：
kmalloc还提供了一些高级功能，例如内存对齐、缓存颜色和高速缓存等。这些功能可以进一步优化内存的分配和使用效率。