隨著硬件技術(shù)的發(fā)展和內(nèi)存容量的擴(kuò)大，操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理技術(shù)日趨完善。但是在嵌入式領(lǐng)域中，硬件性能和內(nèi)存容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于PC機(jī)，其內(nèi)存管理受到多種因素制約，若直接采用操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理技術(shù)，不僅難以達(dá)到預(yù)期效果，而且會影響嵌入式系統(tǒng)的性能。
　　在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)操作系統(tǒng)中的slab分配器雖然在PC機(jī)上有良好的性能，但是在嵌入式系統(tǒng)中不但不能發(fā)揮其優(yōu)勢，還降低了系統(tǒng)的整體性能。本文通過分析，指出了slab分配器的不足，并給出相應(yīng)的解決方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，slab分配器經(jīng)過改進(jìn)可適用于嵌入式系統(tǒng)。
　　1 slab分配器分析
　　操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行時(shí)會頻繁地為某些對象分配內(nèi)存空間，而這些對象往往只需要幾十或幾百KB的空間，如果直接采用頁面管理器進(jìn)行內(nèi)存分配，將產(chǎn)生很多內(nèi)存碎片，造成嚴(yán)重的內(nèi)存浪費(fèi)。slab分配器支持細(xì)粒度的內(nèi)存分配，較好地解決了此問題。由于性能優(yōu)越，slab被Linux、FreeBSD等操作系統(tǒng)采用，是目前應(yīng)用最廣的內(nèi)核內(nèi)存管理器之一［1］。
　　1.1 slab分配器設(shè)計(jì)思想
　　基于頁面分配器［2］，將一頁或幾頁的內(nèi)存組織起來，劃分成一定數(shù)量的小塊內(nèi)存，這種連續(xù)的頁面稱之為slab。它為內(nèi)核中使用頻繁的對象建立專門的緩沖區(qū)（cache），每種類型的對象都有自己專用的cache［2］。一個(gè)cache管理著多個(gè)slab，每個(gè)slab又管理著多個(gè)對象。slab的大小與所管理對象的大小有關(guān)。根據(jù)slab管理對象的分配情況，可將每個(gè)cache中的slab分為3類［3-4］：（1）slab管理的對象已經(jīng)完全分配，沒有空閑的對象；（2）slab管理的對象部分分配，還有部分空閑對象；（3）slab中的對象都未分配，都是空閑對象。
　　不同的slab分別放入不同的隊(duì)列中，即每個(gè)cache管理3個(gè)slab隊(duì)列，cache與cache之間的關(guān)系如圖1虛框①內(nèi)所示，cache與slab的關(guān)系如圖1虛框②內(nèi)所示。
　　
　　當(dāng)slab分配器接收到內(nèi)存申請時(shí)，根據(jù)所申請內(nèi)存的大小找到合適的cache，從cache管理的第二類slab中分配對象，若失敗則從第三類slab中分配對象，若還不成功則說明cache中沒有空閑對象，須為cache創(chuàng)建一個(gè)新的slab，從新的slab中分配空閑對象。
　　對象釋放過程中，不僅要清空對象占用的空間，而且還要調(diào)整對象所屬slab的狀態(tài)，判斷是否改變此slab在cache中的位置。
　　slab分配器采用著色機(jī)制將不同slab中的對象放入不同的偏移處，利用硬件高速緩存的映射機(jī)制，將頁的不同偏移映射到硬件緩存的不同地址。而每個(gè)slab的開始部分訪問頻率最高，只要slab中起始對象的偏移不同則映射到硬件高速緩存的位置就不同，從而降低了頻繁換入換出的性能損失［4-5］。
　　1.2 slab分配器在嵌入式系統(tǒng)中的缺陷
　　slab分配器雖然能解決系統(tǒng)對小塊內(nèi)存的頻繁需求，但是管理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)存分配策略開銷較大。在內(nèi)存受限的嵌入式系統(tǒng)中，slab的缺陷大大影響了系統(tǒng)的整體性能?？傊?，slab分配器存在以下三方面的缺陷：