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

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• 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.