Распределение slab (от англ. slab — брусок, плита[1]) — механизм управления памятью, предназначенный для более эффективного распределения памяти и устранения значительной фрагментации. Основой этого алгоритма является сохранение выделенной памяти, содержащей объект определённого типа, и повторное использование этой памяти при следующем выделении для объекта того же типа. Этот метод был впервые введен в SunOS Джефом Бонвиком[2] и сейчас широко используется в ядрах многих операционных системах Unix, включая FreeBSD и Linux.
Фундаментальная идея способа распределения slab основывается на результатах наблюдений, показывающих, что некоторые объекты данных ядра часто создаются и уничтожаются после того, как перестают быть нужными. Таким образом, при каждом выделении памяти для объектов такого типа затрачивается некоторое время для нахождения наиболее подходящего места для этого объекта. Кроме того, освобождение памяти после уничтожения объекта способствует большей фрагментации памяти, которая создает дополнительную нагрузку на ядро для реорганизации памяти.
В случае же с распределением slab при использовании программистом определённых системных вызовов участки памяти, подходящие для размещения объектов данных определённого типа и размера, заранее предопределены. Распределитель slab хранит информацию о размещении этих участков, известных также как кэши. Таким образом, если поступает запрос на выделение памяти для объекта данных определённого размера, он может мгновенно удовлетворить запрос уже выделенным слотом. Однако, уничтожение объектов не освобождает память, а только открывает слот, который помещается в список свободных слотов распределителем slab. Следующий вызов для выделения памяти того же размера вернет слот памяти, не используемый в данный момент. Этот процесс устраняет необходимость в поиске подходящего участка памяти и значительно снижает фрагментацию памяти. В этом контексте slab — это одна или более смежных страниц в памяти, содержащих заранее выделенные участки памяти.
Когда программа создает кэш, она выделяет ряд объектов в него. Их количество зависит от размера связанных slab’ов. Slab может находиться в одном из следующих состояний:
Изначально система помечает каждый slab как «пустой». Когда процесс обращается за новым объектом ядра, система делает попытку найти свободное место для этого объекта в частично занятом slab’е в кэше для этого типа объектов. Если такого места не находится, система выделяет новый slab из смежных физических страниц и передает их в кэш. Новый объект размещается в этом slab’е, а это местоположение помечается как «частично занятое».
Основное преимущество алгоритма slab заключается в том, что память выделяется точно в том объёме, в котором требуется. Таким образом, отсутствует внутренняя фрагментация памяти. Распределение происходит быстро, поскольку система создает объекты заранее и легко выделяет их из slab’а.