Memcached Slab算法是根据powers of 2来将1MB的内存块划分成多个小内存块, 而这1MB的内存块称为页：
Powers of 2是2的n次方的意思，例如：2的0次方是1，2的1次方是2，2的2次方是4，2的3次方是8等等。
而将1MB的内存按2的n次方划分可以划分成20种不同的内存块，因为2的20次方是1MB（1048576）。所以可以说，memcached管理着20种不同的内存块的集合。
而memcached是通过slabclass_t结构体来管理这些小内存块的, slabclass_t的定义如下:
typedef struct
{
unsigned int size;
unsigned int perslab;
void **slots;
unsigned int sl_total;
unsigned int sl_curr;
void *end_page_ptr;
unsigned int end_page_free;
unsigned int slabs;
void **slab_list;
unsigned int list_size;
unsigned int killing;
} slabclass_t;
根据上面的结构体，我们完全可以指定memcached中slabs实际的内存分配。
2. slab 内存分配单位
- Memcached的内存分配是以slab为单位的。默认情况下，每个slab大小为1M。
- slabclass数组初始化的时候，每个slabclass_t都会分配一个1M大小的slab。
- 当某个slabclass_t结构上的内存不够的时候（freelist空闲列表为空），则会分配一个slab给这个slabclass_t结构。
- 一旦slab分配后，不可回收。
- slab会被切分为N个小的内存块，这个小的内存块的大小取决于slabclass_t结构上的size的大小。例如slabclass[0]上的size为103，则每个小的内存块大小为103byte。
- 这些被切割的小的内存块，主要用来存储item。但是，存储的item，可能会比切割出来的内存块会小。因为这是为了防止内存碎片，虽然有一些内存的浪费。
现在再来看看slabs，一个slabs里面可以包含很多slab，slab可以分配的节点大小如同STL自由链表，例如分别是8、16字节等等。和STL中不同的是，STL中节点大小为8字节的，通常由一条链表构成，但是slab中节点为8字节的通常由多个链表构成，其中的一个链表叫做页。概念示意图如下所示。
slabclass和slab、item以及free list之间的关系：
通过item的size来选择slab_class的数据存储空间：
上图结构中可以知道，每一个slabclass_t管理一个slab，每个slab里面有多条链表，分为多个页。chunk_size对应此slab中节点可以分配的内存块大小。通过settings.chunk_size确定最小的chunk_size，默认是48字节，通过增加因子确定chunk_size如何递归。下面看看内存分配器初始化。
slabs缺点
这当然是内存池的通用缺点。稍微浪费点空间换更好的内存碎片。
Slab Allocator 解决了当初的内存碎片问题，由于分配的是特定长度的内存，因此无法有效利用分配的内存。例如，将100字节的数据缓存到128字节的chunk中，剩余的 28字节就浪费了。
(1) slots指针指向的是内存分配器回收的小内存块的数组, sl_total保存了回收器的容量, 当回收器容量不足时, 需要重新分配更大的内存来作为回收器, sl_curr是当前回收器回收到的位置, 下一个回收的内存块就会放到这里:
(2) end_page_ptr保存的是当前的空闲内存块, end_page_free保存的是当前空闲块的数量, 如果end_page_free等于0表示已经没有空闲内存块了, 需要向系统申请一块新的内存页.
(3) slab_list保存的是申请的内存页, slabs保存的是已经申请的内存页数量.
所以综合起来的总体结构图:
slab分配函数(slabs_alloc):
if (! (p->end_page_ptr || p->sl_curr || slabs_newslab(id)))
return 0;
if (p->sl_curr)
return p->slots[--p->sl_curr];
if (p->end_page_ptr)
{
void *ptr = p->end_page_ptr;
if (--p->end_page_free)
{
p->end_page_ptr += p->size;
}
else
{
p->end_page_ptr = 0;
}
return ptr;
}
函数中首先判断是否有空闲内存块, 或者回收过的内存块, 如果都没有就调用slabs_newslab()新建一个内存页; 然后优先分配回收过的内存块, 如果没有才去分配空闲的内存块.
slabs_newslab()函数是新建一个内存页.
int slabs_newslab(unsigned int id)
{
slabclass_t *p = &slabclass[id];
int num = p->perslab;
int len = POWER_BLOCK;
char *ptr;
if (mem_limit && mem_malloced + len > mem_limit)
return 0;
if (! grow_slab_list(id)) return 0;
ptr = malloc(len);
if (ptr == 0) return 0;
memset(ptr, 0, len);
p->end_page_ptr = ptr;
p->end_page_free = num;
p->slab_list[p->slabs++] = ptr;
mem_malloced += len;
return 1;
}
slabs_newslab()每次分配1MB作为内存页. 然后把end_page_ptr指向这个新的内存页.
slab回收函数(slabs_free):
void slabs_free(void *ptr, unsigned int size)
{
unsigned char id = slabs_clsid(size);
slabclass_t *p;
if (id < POWER_SMALLEST || id > POWER_LARGEST)
return;
p = &slabclass[id];
if (p->sl_curr == p->sl_total)
{
int new_size = p->sl_total ? p->sl_total * 2 : 16;
void **new_slots = realloc(p->slots, new_size * sizeof(void *));
if (new_slots == 0)
return;
p->slots = new_slots;
p->sl_total = new_size;
}
p->slots[p->sl_curr++] = ptr;
return;
}
回收时, 直接用回收器(slots)的指针指向这个内存块, 这样就完成回收操作. 如果回收器不够大, 就扩充回收器.
