感覺面試的時候經常會被問到這個問題，然後我也學習了一下memcached的slab機制，發現很多伺服器都是使用這種機制來分配記憶體，所以決定學習一下。
首先，先對記憶體分配中的夥伴系統有初步的了解：
在程式設計和使用的伺服器軟體中，經常需要分配一組連續的頁框，而頻繁地申請和釋放不同大小的連續頁框，必然導致在已分配頁框的記憶體塊中分散了許多小塊的空閒頁框。這樣，即使這些頁框是空閒的，但要分配乙個大塊的連續頁框就可能無法滿足。
而linux採用了夥伴系統來解決上述難題。把所有的空閒頁框分組為11個塊鍊錶，每個塊鍊錶分別包含大小為1，2，4，8，16，32，64，128，256，512和1024個連續頁框的頁框塊。最大可以申請1024個連續頁框，對應4mb大小的連續記憶體。每個頁框塊的第乙個頁框的實體地址是該塊大小的整數倍。例如，大小為16個頁框的塊，其起始位址是16×212的倍數。
假設要申請乙個256個頁框的塊，先從256個頁框的鍊錶中查詢空閒塊，如果沒有，就去512個頁框的鍊錶中找，找到了則將頁框塊分為2個256個頁框的塊，乙個分配給應用，另外乙個移到256個頁框的鍊錶中。如果512個頁框的鍊錶中仍沒有空閒塊，繼續向1024個頁框的鍊錶查詢，如果仍然沒有，則返回錯誤。
頁框塊在釋放時，核心會主動將兩個互為夥伴的頁框塊合併為乙個較大的頁框塊，成功後會試圖尋找夥伴並合併為更大的記憶體塊，直至塊的大小超過上限或者沒有夥伴為止。互為夥伴的兩個記憶體塊必須符合以下條件：
1、兩個塊具有相同的大小；
2、兩個塊的實體地址連續；
3、第乙個快的實體地址是兩個塊大小的整數倍。
slab分配機制則是對夥伴演算法的改進，slab（slab allocation）的設計理念是基於物件緩衝的，基本想法是避免重複大量的初始化和清理操作。slab主要可以用於頻繁非配釋放的記憶體物件。替代malloc/free
改進的地方在於：
它對記憶體區的處理並不需要進行初始化或**。出於效率的考慮，linux並不呼叫物件的構造或析構函式，而是把指向這兩個函式的指標都置為空。linux中引入slab的主要目的是為了減少對夥伴演算法的呼叫次數。
實際上，核心經常反覆使用某一記憶體區。例如，只要核心建立乙個新的程序，就要為該程序相關的資料結構（task_struct、開啟檔案物件等）分配記憶體區。當程序結束時，收回這些記憶體區。因為程序的建立和撤銷非常頻繁，因此，linux的早期版本把大量的時間花費在反覆分配或**這些記憶體區上。從linux2.2開始，把那些頻繁使用的頁面儲存在快取記憶體中並重新使用。 可以根據對記憶體區的使用頻率來對它分類。對於預期頻繁使用的記憶體區，可以建立一組特定大小的專用緩衝區進行處理，以避免內碎片的產生。對於較少使用的記憶體區，可以建立一組通用緩衝區（如linux2.0中所使用的2的冪次方）來處理，即使這種處理模式產生碎片，也對整個系統的效能影響不大。
硬體快取記憶體的使用，又為儘量減少對夥伴演算法的呼叫提供了另乙個理由，因為對夥伴演算法的每次呼叫都會「弄髒」硬體快取記憶體，因此，這就增加了對記憶體的平均訪問次數。
slab分配模式把物件分組放進緩衝區
對於小物件， 就把slab的描述結構slab_t放在該slab中；對於大物件，則把slab結構游離出來，集中存放。關於slab中的著色區再給予具體描述：
每個slab的首部都有乙個小小的區域是不用的，稱為「著色區（coloring area）」。著色區的大小使slab中的每個物件的起始位址都按快取記憶體中的」快取行（cache line）」大小進行對齊（80386的一級快取記憶體行大小為16位元組，pentium為32位元組）。因為slab是由1個頁面或多個頁面（最多為32）組成，因此，每個slab都是從乙個頁面邊界開始的，它自然按快取記憶體的緩衝行對齊。但是，slab中的物件大小不確定，設定著色區的目的就是將slab中第乙個物件的起始位址往後推到與緩衝行對齊的位置。因為乙個緩衝區中有多個slab，因此，應該把每個緩衝區中的各個slab著色區的大小盡量安排成不同的大小，這樣可以使得在不同的slab中，處於同一相對位置的物件，讓它們在快取記憶體中的起始位址相互錯開，這樣就可以改善快取記憶體的訪問效率。
每個slab上最後乙個物件以後也有個小小的廢料區是不用的，這是對著色區大小的補償，其大小取決於著色區的大小，以及slab與其每個物件的相對大小。但該區域與著色區的總和對於同一種物件的各個slab是個常數。
每個物件的大小基本上是所需資料結構的大小。只有當資料結構的大小不與快取記憶體中的緩衝行對齊時，才增加若干位元組使其對齊。所以，乙個slab上的所有物件的起始位址都必然是按快取記憶體中的緩衝行對齊的。
參考：深入分析linux核心原始碼
memcached 原始碼分析
記憶體分配時對齊
下面的 載自libxml中的xmlmemmory.c ifdef sun4 define align size 16 else define align size sizeof double endif define hdr size sizeof memhdr define reserve siz...
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