各位同行，下午好。 今天，我们将深入探讨Linux内核中一个至关重要的内存管理组件——Slub Allocator。在现代操作系统中，内核需要频繁地分配和释放大量尺寸较小、生命周期各异的对象，例如文件描述符、inode结构、进程描述符、网络缓冲区头等等。这些对象通常只有几十到几百字节。如果仅仅依赖于底层的页分配器（Buddy System），每次为这些微小对象分配一个或多个物理页，无疑会造成巨大的空间浪费（内部碎片），并导致频繁的页请求和释放，严重影响系统性能和可扩展性。 更严峻的挑战在于，这种频繁、细粒度的分配和释放操作，极易导致内存碎片化。想象一下，如果内存中散落着大量无法连续使用的零散空闲块，即使总的空闲内存足够，也无法满足一个需要连续大块内存的请求，这就是外部碎片。对于一个需要持续运行、高性能的内核来说，避免碎片化是其内存管理策略的重中之重。 Slub Allocator正是为解决这些问题而生。它是Linux内核中用于处理小到中等尺寸对象的默认通用内存分配器，是kmalloc和kfree等函数背后的核心支撑。它在前辈Slab和Slob的基础上，吸取经验，进行了优化，特别是在多核 …
C++实现Slab Allocator：优化固定大小对象的分配与回收，减少内存碎片
好的，我们开始吧。 C++ Slab Allocator：优化固定大小对象的分配与回收，减少内存碎片 今天我们来深入探讨一个重要的内存管理技术：Slab Allocator。它是一种专为分配和回收固定大小对象而设计的内存分配器，能够显著减少内存碎片，提高性能。在很多高性能的应用场景中，例如服务器、数据库、以及某些嵌入式系统中，Slab Allocator 都扮演着关键的角色。 1. 内存碎片问题与传统分配器的局限性 在深入了解 Slab Allocator 之前，我们先回顾一下内存碎片问题，以及传统内存分配器（如 malloc 和 new）在处理固定大小对象分配时存在的局限性。 内存碎片： 当程序频繁地分配和释放不同大小的内存块时，会导致空闲内存区域变得不连续，形成许多小的、无法被利用的空闲块，这就是内存碎片。 内存碎片分为外部碎片和内部碎片。 外部碎片是指在分配单元之间存在未使用的内存空间，这些空间太小以至于无法满足新的分配请求。 内部碎片是指由于内存分配器的机制，分配给应用程序的内存块可能大于实际请求的大小，导致块内部存在未使用的空间。 传统分配器的局限性： malloc 和 ne …
Lookahead Allocator：在vLLM中预测未来KV Cache使用量以减少显存碎片与再分配开销
Lookahead Allocator：vLLM中预测未来KV Cache使用量以减少显存碎片与再分配开销 大家好，今天我们来深入探讨 vLLM 中的 Lookahead Allocator，它是一种巧妙的内存管理机制，旨在预测未来 KV Cache 的使用量，从而显著减少显存碎片和再分配开销。在高性能的大语言模型（LLM）推理服务中，KV Cache 的高效管理至关重要，直接影响吞吐量和延迟。Lookahead Allocator 正是 vLLM 为了解决这一问题而提出的解决方案。 1. KV Cache 与显存管理挑战 首先，我们需要理解 KV Cache 的作用以及它带来的显存管理挑战。在 Transformer 模型中，KV Cache 用于存储先前层的 Key 和 Value 张量，以便在自回归解码过程中加速计算。随着生成文本的长度增加，KV Cache 的大小也会线性增长。 传统的 KV Cache 管理策略，例如动态分配和释放，虽然简单，但容易导致显存碎片化。频繁的分配和释放操作会在显存中留下许多不连续的小块空闲空间，当需要分配一大块连续显存时，即使总的空闲空间足够，也可 …
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C++ Arena Allocator：高性能、低碎片化的内存管理策略
好的，各位观众老爷们，欢迎来到今天的“C++内存那些事儿”特别节目！今天咱们不聊八卦，不谈人生，就聊聊C++里一个听起来高大上，用起来贼实在的内存管理策略——Arena Allocator（竞技场分配器）。 开场白：内存管理，程序员的爱恨情仇 各位写C++的兄弟姐妹们，举起你们的双手！谁没被内存泄漏折磨过？谁没被new和delete搞得头昏脑胀？谁没在深夜里对着valgrind的报告痛哭流涕？ 内存管理啊，就像程序员的老婆，爱她就要了解她，就要花时间去哄她。C++的内存管理更是如此，它给你自由，让你上天入地，但也一不小心就让你坠入深渊。 传统的new/delete，就像一个自由市场，你想要啥就去买，买完就扔，看似方便，实则暗藏玄机。频繁地new/delete，会导致内存碎片化，就像你房间里堆满了各种盒子，看着空间很大，但真正能用的地方却很少。 想象一下，你要盖一栋摩天大楼，结果每次只能买几块砖，砌几块瓦，效率低下不说，还容易把材料搞丢了。这时候，你就需要一个更高效、更可靠的内存管理策略，那就是——Arena Allocator。 什么是Arena Allocator？“包场式”内存分配 …