Memcached Slab分配器：零碎片的极速内存管理

Memcached 的内存分配器采用 Slab Allocation 机制管理内存，其工作原理如下：

⚙️ 一、内存分配器工作原理

1. 三级内存结构

   • Page（页）：内存分配基本单位，默认为 1MB。启动时按需分配，不被回收。
   • Slab Class（分片类）：每个 Page 划分给特定 Slab Class，Slab Class 按 固定比例（默认 1.25）递增 chunk 大小。
   • Chunk（块）：存储数据的固定单元，大小由所属 Slab Class 决定（如 96B/120B/…）。

2. 数据存储流程

   • 新数据写入时，匹配能容纳其大小的最小 Chunk（如 230B 数据匹配 280B Chunk）。
   • 若 Slab Class 无空闲 Chunk，分配新 Page 分割为 Chunk 数组。
   • 释放数据后，Chunk 标记为空闲，原地复用不归还 OS。

3. 内存池特性

   • 所有 Chunk 大小固定，避免内存碎片。
   • 通过 stats slabs 命令监控各 Slab Class 利用率。

❌ 二、为什么不使用 malloc/free？

问题	malloc/free 缺陷	Slab 解决方案
内存碎片	频繁分配释放 → 外部碎片 → 内存利用率↓	固定大小 Chunk → 零碎片
性能瓶颈	高并发时锁竞争开销大 → 响应延迟↑	无锁操作空闲链表 → 微秒级分配
OS 负担	OS 需搜索连续内存块 → 挤压应用资源	应用层自主管理 → 减少 OS 交互
不确定性	执行时间不可预测 → 实时性差	恒定时间分配 → 高确定性

🔧 三、为何使用 Slabs？

1. 根治内存碎片
   通过 预分割固定大小 Chunk，消除外部碎片，内存利用率趋近 100%。

2. 极速分配性能

   • 分配操作简化为 空闲链表指针移动，速度比 malloc 快 10 倍以上。
   • 无锁设计适应高并发场景。

3. CPU 缓存友好
   同尺寸 Chunk 连续存储 → 提升 CPU 缓存命中率。

4. 精细资源控制

   • 通过 -f 调节 Chunk 增长因子，优化业务数据类型匹配。
   • 内存超限时自动淘汰旧数据（LRU）。

💡 本质取舍：Slab 以 少量内部碎片（如 230B 数据用 280B Chunk）换取 零外部碎片+超高分配性能，完美契合缓存系统的高吞吐需求。