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菜鸟nginx源码剖析数据结构篇(九)内存池ngx_pool_t

今天是一年一度的光棍节,还没有女朋友的程序猿童鞋不妨new一个出来,内存管理一直是CC++中最棘手的部分,远不止newdelete、mallocfree这么简单。随着代码量的递增,程序结构复杂度的提高。今天我们就一起研究一下以精巧著称的nginx的内存池。

 

菜鸟nginx源码剖析数据结构篇(九) 内存池ngx_pool_t

 

  • Author:Echo Chen(陈斌)

  • Email:chenb19870707@gmail.com

  • Blog:Blog.csdn.net/chen19870707

  • Date:Nov 11th, 2014

    今天是一年一度的光棍节,还没有女朋友的程序猿童鞋不妨new一个出来,内存管理一直是C/C++中最棘手的部分,远不止new/delete、malloc/free这么简单。随着代码量的递增,程序结构复杂度的提高。今天我们就一起研究一下以精巧著称的nginx的内存池。

    1.源代码位置

     

    头文件:http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_palloc.h

    源文件:http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_palloc.c

     

    2.数据结构定义

    先来学习一下nginx内存池的几个主要数据结构:

        ngx_pool_data_t(内存池数据块结构)

       1: typedef struct {
       2:     u_char               *last;        
       3:     u_char               *end;
       4:     ngx_pool_t           *next;
       5:     ngx_uint_t            failed;
       6: } ngx_pool_data_t;
    • last:是一个unsigned char 类型的指针,保存的是/当前内存池分配到末位地址,即下一次分配从此处开始。
    • end:内存池结束位置;
    • next:内存池里面有很多块内存,这些内存块就是通过该指针连成链表的,next指向下一块内存。
    • failed:内存池分配失败次数。

    ngx_pool_s(内存池头部结构)

       1: struct ngx_pool_s {
       2:     ngx_pool_data_t       d;
       3:     size_t                max;
       4:     ngx_pool_t           *current;
       5:     ngx_chain_t          *chain;
       6:     ngx_pool_large_t     *large;
       7:     ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;
       8:     ngx_log_t            *log;
       9: };
    • d:内存池的数据块;
    • max:内存池数据块的最大值;
    • current:指向当前内存池;
    • chain:该指针挂接一个ngx_chain_t结构;
    • large:大块内存链表,即分配空间超过max的情况使用;
    • cleanup:释放内存池的callback
    • log:日志信息

    由ngx_pool_data_t和ngx_pool_t组成的nginx内存池结构如下图所示:

    201210171140066270

     

    3.相关函数介绍

    在分析内存池方法前,需要对几个主要的内存相关函数作一下介绍:

    ngx_alloc:(只是对malloc进行了简单的封装)

     

       1: void *
       2: ngx_alloc(size_t size, ngx_log_t *log)
       3: {
       4:     void  *p;
       5:  
       6:     p = malloc(size);
       7:     if (p == NULL) {
       8:         ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno,
       9:                       "malloc(%uz) failed", size);
      10:     }
      11:  
      12:     ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, log, 0, "malloc: %p:%uz", p, size);
      13:  
      14:     return p;
      15: }

    ngx_calloc:(调用malloc并初始化为0)

       1: void *
       2: ngx_calloc(size_t size, ngx_log_t *log)
       3: {
       4:     void  *p;
       5:  
       6:     p = ngx_alloc(size, log);
       7:  
       8:     if (p) {
       9:         ngx_memzero(p, size);
      10:     }
      11:  
      12:     return p;
      13: }

    ngx_memzero:

       1: #define ngx_memzero(buf, n)       (void) memset(buf, 0, n)

    ngx_free

       1: #define ngx_free          free

    ngx_memalign

       1: void *
       2: ngx_memalign(size_t alignment, size_t size, ngx_log_t *log)
       3: {
       4:     void  *p;
       5:     int    err;
       6:  
       7:     err = posix_memalign(&p, alignment, size);
       8:  
       9:     if (err) {
      10:         ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, err,
      11:                       "posix_memalign(%uz, %uz) failed", alignment, size);
      12:         p = NULL;
      13:     }
      14:  
      15:     ngx_log_debug3(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, log, 0,
      16:                    "posix_memalign: %p:%uz @%uz", p, size, alignment);
      17:  
      18:     return p;
      19: }
  • 这里alignment主要是针对部分unix平台需要动态的对齐,对POSIX 1003.1d提供的posix_memalign( )进行封装,在大多数情况下,编译器和C库透明地帮你处理对齐问题。nginx中通过宏NGX_HAVE_POSIX_MEMALIGN来控制;调用posix_memalign( )成功时会返回size字节的动态内存,并且这块内存的地址是alignment的倍数。参数alignment必须是2的幂,还是void指针的大小的倍数。返回的内存块的地址放在了memptr里面,函数返回值是0.
  •  

    4.内存池基本操作

     

      • 内存池对外的主要方法有:
  • 创建内存池 ngx_pool_t *  ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log);
    销毁内存池 void ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool);
    重置内存池 void ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool);
    内存申请(对齐) void *  ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size);
    内存申请(不对齐) void *  ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size);
    内存清除 ngx_int_t  ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p);

     

  •  

  • 4.1 创建内存池ngx_create_pool

    ngx_create_pool用于创建一个内存池,我们创建时,传入我们的需要的初始大小:

  •    1: ngx_pool_t *
       2: ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)
       3: {
       4:     ngx_pool_t  *p;
       5:     
       6:     //以16(NGX_POOL_ALIGNMENT)字节对齐分配size内存
       7:     p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);
       8:     if (p == NULL) {
       9:         return NULL;
      10:     }
      11:  
      12:     //初始状态:last指向ngx_pool_t结构体之后数据取起始位置
      13:     p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);
      14:     //end指向分配的整个size大小的内存的末尾
      15:     p->d.end = (u_char *) p + size;
      16:     
      17:     p->d.next = NULL;
      18:     p->d.failed = 0;
      19:  
      20:     size = size - sizeof(ngx_pool_t);
      21:     //#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL  (ngx_pagesize - 1),内存池最大不超过4095,x86中页的大小为4K
      22:     p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;
      23:  
      24:     p->current = p;
      25:     p->chain = NULL;
      26:     p->large = NULL;
      27:     p->cleanup = NULL;
      28:     p->log = log;
      29:  
      30:     return p;
      31: }
  • nginx对内存的管理分为大内存与小内存,当某一个申请的内存大于某一个值时,就需要从大内存中分配空间,否则从小内存中分配空间。

  • nginx中的内存池是在创建的时候就设定好了大小,在以后分配小块内存的时候,如果内存不够,则是重新创建一块内存串到内存池中,而不是将原有的内存池进行扩张。当要分配大块内存是,则是在内存池外面再分配空间进行管理的,称为大块内存池。

  •  

    4.2 内存申请 ngx_palloc

  •    1: void *
       2: ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
       3: {
       4:     u_char      *m;
       5:     ngx_pool_t  *p;
       6:  
       7:     //如果申请的内存大小小于内存池的max值
       8:     if (size <= pool->max) {
       9:  
      10:         p = pool->current;
      11:  
      12:         do {
      13:             //对内存地址进行对齐处理
      14:             m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);
      15:  
      16:             //如果当前内存块够分配内存,则直接分配
      17:             
    
        
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