| Een slab-allocator is een algoritme voor geheugentoewijzing dat wordt gebruikt in kernels van besturingssystemen (en soms in andere systemen die krachtig geheugenbeheer vereisen) om het geheugen voor kernelobjecten efficiënt te beheren. In tegenstelling tot eenvoudigere allocators zoals het buddy-systeem of een eenvoudige vrije lijst, heeft het tot doel zowel interne als externe fragmentatie te minimaliseren en de prestaties te verbeteren door veelgebruikte datastructuren in de cache op te slaan.
Hier is hoe het werkt:
1. Caches: De slab-allocator verdeelt het geheugen in caches. Elke cache is toegewezen aan een specifiek type kernelobject (bijvoorbeeld inodes, sockets, netwerkbuffers). Dit is de sleutel tot de efficiëntie ervan.
2. Platen: Binnen elke cache wordt het geheugen verder onderverdeeld in platen. Een plaat is een aaneengesloten geheugenblok dat groot genoeg is om meerdere exemplaren van het objecttype dat aan die cache is gekoppeld, te bevatten. De grootte van een plaat wordt gekozen in overeenstemming met de grootte van het object plus eventuele noodzakelijke opvulling (voor uitlijning).
3. Object maken: Wanneer een nieuw object van een bepaald type nodig is, controleert de allocator eerst de cache die bij dat objecttype hoort.
4. Gratis lijsten: Binnen elke plaat is er een gratis lijst met verwijzingen naar beschikbare objecten. Wanneer een object wordt aangevraagd, controleert de allocator eerst deze vrije lijst. Als er een vrij object wordt gevonden, wordt het eenvoudigweg uit de lijst gehaald, waardoor de toewijzingsoverhead wordt geminimaliseerd.
5. Plaattoewijzing: Als de vrije lijst binnen een plaat leeg is, kan de allocator een geheel nieuwe plaat uit de algemene geheugenpool van het systeem halen.
6. Plaatbeheer: Platen kunnen zich in een van de volgende toestanden bevinden:
* Vol: Alle objecten in de plaat zijn in gebruik.
* Gedeeltelijk: Sommige objecten zijn in gebruik, andere zijn gratis.
* Leeg: Alle objecten zijn gratis.
7. Hergebruik en toewijzing van platen: Wanneer een object niet langer nodig is, wordt het teruggezet naar de vrije lijst van de plaat, waardoor het onmiddellijk beschikbaar is voor hergebruik. Lege platen worden vaak teruggestuurd naar de geheugenpool van het systeem om geheugen te besparen.
8. Fragmentatie minimaliseren: Door platen toe te wijzen aan specifieke objecttypen en platen opnieuw te gebruiken, vermindert de plaattoewijzer de interne fragmentatie (verspilde ruimte binnen toegewezen blokken) en externe fragmentatie (verspilde ruimte tussen toegewezen blokken) dramatisch. Omdat objectgroottes vooraf bekend zijn, is zoeken en splitsen niet nodig.
Voordelen van Slab Allocator:
* Snelheid: Zeer snelle allocatie en deallocatie dankzij gratis lijstgebruik en minimale zoektijd.
* Gereduceerde fragmentatie: Maakt efficiënt gebruik van het geheugen door fragmentatie te voorkomen.
* Cache-efficiëntie: Vermindert cache-missers door gerelateerde objecten bij elkaar te houden in platen.
* Schaalbaarheid: Verwerkt efficiënt grote aantallen objecttoewijzingen en delocaties.
Nadelen van Slab Allocator:
* Geheugenoverhead: Elke cache en plaat heeft enige overhead in termen van beheerstructuren (vrije lijsten, metadata).
* Complexiteit: Complexer om te implementeren dan eenvoudigere allocators.
* Initiële installatiekosten: Het maken en initialiseren van caches en platen neemt in eerste instantie enige tijd in beslag.
Samenvattend is de slab-allocator een geavanceerde geheugenbeheertechniek die bijzonder geschikt is voor de behoeften van besturingssysteemkernels waarbij prestaties en efficiënt geheugengebruik van cruciaal belang zijn, vooral voor vaak toegewezen en ongedaan gemaakte kleine objecten. Het biedt een goed evenwicht tussen snelheid en geheugenefficiëntie door de fragmentatieproblemen van eenvoudigere methoden te vermijden. |
