Размещение плиты - Slab allocation - Wikipedia

Не путать с Плита (единица).

Размещение плиты это управление памятью механизм, предназначенный для эффективного распределения памяти объектов. По сравнению с более ранними механизмами он снижает фрагментация вызванные распределениями и освобождением. Этот метод используется для сохранения выделенной памяти, содержащей объект данных определенного типа, для повторного использования при последующем распределении объектов того же типа. Это аналог пул объектов, но применяется только к памяти, а не к другим ресурсам.

Размещение плит впервые было введено в Солярис 2.4 ядро Джефф Бонвик.[1] Сейчас он широко используется во многих Unix и Unix-подобных операционных системах, включая FreeBSD[2] и Linux.[3]

Основа

Основная причина выделения slab-файлов заключается в том, что стоимость (в процессоре) инициализации и уничтожения объектов данных ядра может перевесить стоимость выделения для них памяти.[1] Поскольку ядро ​​часто создает и удаляет объекты, накладные расходы на инициализацию могут привести к значительному снижению производительности. Кэширование объектов приводит к менее частому вызову функций, которые инициализируют состояние объекта: когда выделенный блоком объект освобождается после использования, система распределения блоков обычно сохраняет его в кэше (вместо того, чтобы выполнять работу по его уничтожению), готовым для повторного использования в следующий раз объект этого типа необходим (что позволяет избежать работы по созданию и инициализации нового объекта).

При выделении блоков кэш для определенного типа или размера объекта данных имеет ряд заранее выделенных «блоков» памяти; внутри каждой плиты есть блоки памяти фиксированного размера, подходящие для объектов.[4] Распределитель slab отслеживает эти фрагменты, поэтому, когда он получает запрос на выделение памяти для объекта данных определенного типа, обычно он может удовлетворить запрос свободным слотом (фрагментом) из существующего slab. Когда распределителю предлагается освободить память объекта, он просто добавляет слот в список свободных (неиспользуемых) слотов содержащего слэба. Следующий вызов для создания объекта того же типа (или выделения памяти того же размера) вернет этот слот памяти (или какой-либо другой свободный слот) и удалит его из списка свободных слотов. Этот процесс устраняет необходимость поиска подходящего пространства памяти и значительно снижает фрагментацию памяти. В этом контексте slab - это одна или несколько смежных страниц в памяти, содержащих предварительно выделенные фрагменты памяти.

Выполнение

Для понимания алгоритма размещения плит необходимо определить и объяснить некоторые термины:

  1. Кеш: cache представляет собой небольшой объем очень быстрой памяти. Кэш - это хранилище для определенного типа объект, Такие как семафоры, процесс дескрипторы, файл предметы и т. д.
  2. Плита: slab представляет собой непрерывный фрагмент памяти, обычно состоящий из нескольких физически смежных страниц. Slab - это фактический контейнер данных, связанных с объектами определенного типа содержащего кеша.

Когда программа устанавливает кэш, она выделяет ряд объектов для блоков, связанных с этим кешем. Это количество зависит от размера связанных плит.

Плиты могут находиться в одном из следующих состояний:

  1. пустой - все объекты на плите отмечены как свободные
  2. частичный - плита состоит как из бывших в употреблении, так и из свободных предметов
  3. полный - все объекты на плите помечены как использованные

Первоначально система отмечает каждую плиту как «пустую». Когда процесс вызывает новый объект ядра, система пытается найти свободное место для этого объекта на частичном слэбе в кэше для этого типа объекта. Если такого расположения не существует, система выделяет новый блок из смежных физических страниц и назначает его кэш-памяти. На этой плите выделяется новый объект, и его расположение помечается как «частичное».

Распределение происходит быстро, потому что система заранее строит объекты и легко размещает их из плиты.

Плиты

Slab - это величина, на которую кеш может увеличиваться или уменьшаться. Он представляет собой одно выделение памяти для кэша с машины, и размер которого обычно кратен размер страницы. Плита должна содержать список свободных буферы (или bufctls), а также список выделенных bufctls (в случае большого размера плиты).[нужна цитата ]

Большие плиты

Они предназначены для кешей, в которых хранятся объекты, размер которых составляет не менее 1/8 размера страницы для данной машины. Причина того, что большие плиты имеют разную компоновку по сравнению с маленькими плитами, заключается в том, что это позволяет большим плитам лучше упаковываться в единицы размера страницы, что помогает с фрагментацией. Slab содержит список bufctl, которые являются просто контроллерами для каждого буфера, который может быть выделен (буфер - это память, которую будет использовать пользователь распределителя slab).

Небольшие плиты

Маленькие плиты содержат объекты, размер которых меньше 1/8 размера страницы для данной машины. Эти небольшие блоки необходимо оптимизировать дальше от логической схемы, избегая использования bufctls (которые были бы такими же большими, как и сами данные, и вызывали бы гораздо большее использование памяти). Небольшой блок представляет собой ровно одну страницу и имеет определенную структуру, которая позволяет избежать ошибок. Последняя часть страницы содержит «заголовок плиты», который представляет собой информацию, необходимую для удержания плиты. Начиная с первого адреса этой страницы, имеется столько буферов, сколько может быть выделено без перехода в заголовок slab в конце страницы.

Вместо использования bufctls мы используем сами буферы для хранения свободных ссылок на список. Это позволяет обойти bufctl небольшой плиты.[1]

Системы с использованием размещения плит

  • AmigaOS (введено в AmigaOS 4 )
  • DragonFly BSD (введено в версии 1.0)
  • FreeBSD (введено в 5.0)
  • GNU Mach [5]
  • Хайку (введено в альфа 2)
  • Горизонт (Nintendo Switch микроядро)[6]
  • HP-UX (введено в 11i)[7]
  • Linux (введено в ядре 2.2, в некоторых дистрибутивах используется SLUB метод распределения по SLAB, но SLAB имеет лучшую производительность NUMA[8]) - В Linux выделение slab обеспечивает своего рода интерфейс для распределитель зонированных друзей для тех разделов ядра, которые требуют более гибкого распределения памяти, чем стандартный размер страницы 4 КБ
  • NetBSD (введено в 4.0)
  • Солярис (введено в 2.4)
  • В Компилятор Perl 5 использует slab-распределитель для управления внутренней памятью[9][10]
  • Memcached использует выделение slab для управления памятью
  • иллюзия

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б c Джефф Бонвик,Распределитель Slab: распределитель памяти ядра с кэшированием объектов (1994)
  2. ^ Руководство разработчика ядра FreeBSD
  3. ^ М. Тим Джонс, Анатомия slab-распределителя Linux В архиве 2 октября 2013 г. Wayback Machine
  4. ^ Авраам Зильбершатц и другие.: Понятия операционной системы. Вайли: 2004. ISBN  0-471-69466-5
  5. ^ "Документация по GNU Mach Allocator".
  6. ^ «Безопасность консоли - Коммутатор (34c3)». media.ccc.de. Получено 28 декабря 2017.
  7. ^ Крис Купер и Крис Мур, HP-UX 11i Внутреннее устройство, Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall PTR, 2004 г., ISBN  0-13-032861-8, п. 334.
  8. ^ Хатчингс, Бен (29 марта 2012 г.). "Re: CONFIG_SLAB = y в ядре 3.2".
  9. ^ "Perl5-Porters Weekly: 17 июня 2012 г.". Получено 18 ноября 2012.
  10. ^ Бонвик, Джефф. «Журналы и Vmem: расширение Slab Allocator на многие процессоры и произвольные ресурсы». USENIX 2001. Получено 18 ноября 2012.

внешняя ссылка