嵌入式系統e_slab的研究與實現

unsigned int objsize;

unsigned int gfporder;

unsigned int num;

…

} cache_t;

cache的描述結構為cache_t，它主要描述了所管e_slab的基本信息。由于cache_t結構大小相同，可把cache_t看做一個專用對象，所有的cache組織在一起。

cache管理的所有e_slab被加入到list隊列。把管理所有cache的結構稱之為cache_cache。cache_cache與cache之間有兩種關系：一種是雙向隊列關系，如圖3虛框①內所示，cache_cache利用雙向鏈表將系統中所有的cache(包括專用cache和通用cache)組成循環隊列;一種是cache與對象之間的關系。

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等結構的創建，為對象的分配做好準備。

2.2.1 cache的創建

cache_cache是系統中所有cache的管理者，它的創建優先于所有的cache。系統會為每種對象創建一個cache，創建流程如下：

(1)申請一個cache空間。從cache_cache中分配一個專用對象，即cache。設置cache中的各個域，包括管理的對象大小的上限和e_slab大小，其中e_slab大小與對象大小有關。

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

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

2.2.2 e_slab的創建

在cache的創建過程中，需為每個cache創建一個e_slab。e_slab中的對象全部空閑，可供分配，其流程如下：

(1)借助頁面分配器申請連續物理頁面。根據e_slab申請的大小和是否有DMA請求，在相應的內存區申請連續頁塊。

(2)設置頁面屬性。主要設置該頁面的e_slab標志，并將該頁塊與cache和e_slab關聯。

(3)設置e_slab描述結構，初始化對象結構。

2.3 對象的分配與釋放

對象的分配與釋放是內存管理模塊提供的兩個基本接口。

2.3.1 對象的分配

當系統需要小內存塊或者專用對象時，系統會調用對象分配操作，完成對對象的分配，具體流程如圖4所示。

(1)找到對應的cache。根據申請對象的大小定位相應的cache。

(2)確定對應的e_slab。檢查cache中的e_slab，找到滿足本次請求的e_slab，如果所有的e_slab均不能滿足，則創建一個新的e_slab并添加到cache管理的隊列中。

(3)從e_slab中分配一個空閑對象。從e_slab為系統分配一個空閑對象和object_t結構，將對象返還給系統，調整e_slab中對象，管理數組結構。

2.3.2 對象的釋放

系統使用完對象后，應及時釋放對象，否則內存會越用越少。對象釋放流程如圖5所示。

(1)確定對象對應的cache與e_slab。根據對象的地址可以獲得所在頁面的描述符結構，從而獲得對應的cache和e_slab。

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

(3)e_slab的調整。檢查e_slab中空閑內存大小，若等于e_slab中所有對象都釋放，則清除頁面的e_slab標志，并把e_slab占用頁塊歸還給物理內存管理器。

2.4 e_slab分配器的回收

在系統退出、內存回收等不再需要e_slab分配器時，需進行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

在對象釋放過程中，若發現某個e_slab已經全部空閑，沒有分配的對象，則將其釋放，流程如下：

(1)將e_slab從cache結構中刪除。e_slab從cache的list隊列中摘掉。

(2)清除頁面標志。將e_slab所在物理頁面的e_slab標志清除，并清除頁面與e_slab和cache的關聯，使頁面回到初始狀態。

2.4.2 cache的釋放

當系統不再使用某種對象時，系統要銷毀管理對象的cache。cache銷毀流程如下：

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

(2)確定cache中沒有e_slab。在cache銷毀前，必須確定所管理的對象都已釋放，檢查cache的list隊列，為空則cache中沒有e_slab，否則進行e_slab釋放。

(3)釋放cache結構占用的內存。由于cache是cache_cache管理的對象，cache結構的釋放過程就是對象的釋放過程。

3 性能測試

在嵌入式系統內存管理設計過程中，分別采用頁面分配器與slab分配器相結合的方案和頁面分配器與e_slab分配器相結合的方案，比較兩種方案中slab和e_slab管理結構的內存占用量和內存分配釋放中的性能。

在管理結構內存占用方面，e_slab比slab節省了43%的空間;在對象的c過程中，e_slab的速度比slab快8%;內存釋放過程中，e_slab比slab快5%。可見，不管在時間上還是空間上，e_slab性能都比slab優越。