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Nginx記憶體管理

Jul 30, 2016 pm 01:31 PM
log nbsp pool size

1.原始碼位置

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

原始檔:http://trac.nginx.org/ nginx/browser/nginx/src/core/ngx_palloc.c

2.資料結構定義

先來學習nginx記憶體池的幾個主要資料結構:

  

<span> 1:</span><span>typedef</span> <span>struct</span> {<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 2:</span>     u_char               *last;        <precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 3:</span>     u_char               *end;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 4:</span>     ngx_pool_t           *next;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 5:</span>     ngx_uint_t            failed;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 6:</span> } ngx_pool_data_t;</precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></p></blockquote> <divcourier new width:950px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb>last:是一個unsigned char 類型的指針,保存的是/當前內存池分配到末位地址,即下一次分配從此處開始。 <ul>end:內存池結束位置;<li>next:內存池裡面有很多塊內存,這些內存塊就是通過該指針連成鍊錶的,next指向下一塊內存。 <li>failed:記憶體池分配失敗次數。 <li> <li>ngx_pool_s(記憶體池頭部結構)</ul> <blockquote><p><precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span><span>struct</span> ngx_pool_s {<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 2:</span>     ngx_pool_data_t       d;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 3:</span>     size_t                max;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 4:</span>     ngx_pool_t           *current;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 5:</span>     ngx_chain_t          *chain;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 6:</span>     ngx_pool_large_t     *large;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 7:</span>     ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 8:</span>     ngx_log_t            *log;<precourier new width:950px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 9:</span> };</precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></p></blockquote> <divcourier new width:950px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb>d:記憶體池的資料區塊; chain:此指標掛接一個ngx_chain_t結構;<ul>large:大塊記憶體鍊錶,即分配空間超過max的情況使用;<li>cleanup:釋放記憶體池的callback<li>日誌</li>log:訊息<li>組成的nginx內存池結構如下圖所示:</li> <li> <li>3.相關函數介紹<li> <li>在分析內存池方法前,需要對幾個主要的內存相關函數作一下介紹:</li> </ul>ngx_alloc:(只是對malloc進行了簡單的封裝)<p></p> <p><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span><span>void</span> *<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 2:</span> ngx_alloc(size_t size, ngx_log_t *log)<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 3:</span> {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 4:</span>     <span>void</span>  *p;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 5:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 6:</span>     p = malloc(size);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 7:</span>     <span>if</span> (p == NULL) {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 8:</span>         ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno,<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 9:</span>                       <span>"malloc(%uz) failed"</span>, size);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 10:</span>     }<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 11:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 12:</span>     ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, log, 0, <span>"malloc: %p:%uz"</span>, p, size);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 13:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 14:</span>     <span>return</span> p;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 15:</span> }<img src="/static/imghw/default1.png" data-src="http://image.codes51.com/Article/image/20150814/20150814194335_5243.jpg" class="lazy" style="max-width:90%" style="max-width:90%" alt="Nginx記憶體管理" ></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></p> <p></p> <blockquote>ngx_calloc:(調用malloc並初始化為0)<p></p> <p></p> <p><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span><span>void</span> *<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 2:</span> ngx_calloc(size_t size, ngx_log_t *log)<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 3:</span> {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 4:</span>     <span>void</span>  *p;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 5:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 6:</span>     p = ngx_alloc(size, log);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 7:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 8:</span>     <span>if</span> (p) {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 9:</span>         ngx_memzero(p, size);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 10:</span>     }<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 11:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 12:</span>     <span>return</span> p;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 13:</span> }<divcourier new width:870px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb></divcourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></p> </blockquote> <blockquote>ngx_memzero:<p></p> </blockquote> <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span> #define ngx_memzero(buf, n)       (<span>void</span>) memset(buf, 0, n)<blockquote> <p><divcourier new width:870px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb></divcourier></p>ngx_free :</blockquote><blockquote> <p><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span> #define ngx_free          free</precourier></p> <p><divcourier new width:870px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb></divcourier></p>ngx_memalign:</blockquote><blockquote> <p><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span><span>void</span> *<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 2:</span> ngx_memalign(size_t alignment, size_t size, ngx_log_t *log)<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 3:</span> {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 4:</span>     <span>void</span>  *p;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 5:</span>     <span>int</span>    err;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 6:</span>  rrree ignment主要是針對部分unix平台需要動態的對齊,對POSIX 1003.1d提供的posix_memalign( )進行封裝,在大多數情況下,編譯器和C函式庫透明地幫你處理對齊問題。 nginx中透過宏NGX_HAVE_POSIX_MEMALIGN來控制;呼叫</precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></precourier></p>posix_memalign( )<p>成功時會回傳<divcourier new width:870px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb>size</divcourier></p>位元組的動態內存,而這塊記憶體的位址是alignment</blockquote>的倍數。參數<blockquote>alignment<p>必須是2的冪,還是</p>void<p>指針的大小的倍數。回傳的記憶體區塊的位址放在了<divcourier new width:870px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb>memptr</divcourier></p>裡面,函數回傳值是0</blockquote>.<limicrosoft yahei font-size:15px line-height:35px><blockquote> <em> </em><em>4.記憶體池基本操作</em>池<ul><li>記憶體池對外的主要方法有:</li></ul> <limicrosoft yahei font-size:15px line-height:35px><table cellspacing="0" cellpadding="2" border="1"><tbody> <tr> <td valign="top" width="118">建立記憶體池</td> <td valign="top" width="768">ngx_pool_t *  ngx_create_poolsize_c </td>void ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool );</tr> <tr> <td valign="top" width="118"></td>重置記憶體池<td valign="top" width="768"></td>void ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool);</tr> <tr> <td valign="top" width="118"></td>記憶體申請(對齊)<td valign="top" width="768"> </td>內存申請(不對齊)</tr> <tr>void *  ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size);<td valign="top" width="118"></td> <td valign="top" width="768"></td>記憶體清除</tr> <tr>ngx_int_t  ngx_pfree(oidp);<limicrosoft yahei font-size:15px line-height:35px><limicrosoft yahei font-size:15px line-height:35px><p>4.1 创建内存池ngx_create_pool</p> <blockquote><p>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:</p></blockquote> <limicrosoft yahei font-size:15px line-height:35px><blockquote><p><divcourier new width:870px color:black padding:0px direction:ltr line-height:12pt background-color:rgb><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 1:</span> ngx_pool_t *<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 2:</span> ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 3:</span> {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 4:</span>     ngx_pool_t  *p;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 5:</span>     <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 6:</span>     <span>//以16(NGX_POOL_ALIGNMENT)字节对齐分配size内存</span><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 7:</span>     p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 8:</span>     <span>if</span> (p == NULL) {<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 9:</span>         <span>return</span> NULL;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 10:</span>     }<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 11:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 12:</span>     <span>//初始状态:last指向ngx_pool_t结构体之后数据取起始位置</span><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 13:</span>     p->d.last = (u_char *) p + <span>sizeof</span>(ngx_pool_t);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 14:</span>     <span>//end指向分配的整个size大小的内存的末尾</span><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 15:</span>     p->d.end = (u_char *) p + size;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 16:</span>     <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 17:</span>     p->d.next = NULL;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 18:</span>     p->d.failed = 0;<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 19:</span>  <precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 20:</span>     size = size - <span>sizeof</span>(ngx_pool_t);<precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 21:</span>     <span>//#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</span><precourier new width:870px padding:0px direction:ltr margin:0em line-height:12pt background-color:rgb><span> 22:</span>     p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;
登入後複製
<span> 23:</span>
登入後複製
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:             if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) 18:             { 19:                 p->d.last = m + size; 20:  21:                 return m; 22:             } 23:             24:             //如果当前内存块有效容量不够分配,则移动到下一个内存块进行分配 25:             p = p->d.next; 26:  27:         } while (p); 28:  29:         //当前所有内存块都没有空闲了,开辟一块新的内存,如下2详细解释 30:         return ngx_palloc_block(pool, size); 31:     } 32:  33:     //分配大块内存 34:     return ngx_palloc_large(pool, size); 35: }

需要说明的几点:

1、ngx_align_ptr,这是一个用来内存地址取整的宏,非常精巧,一句话就搞定了。作用不言而喻,取整可以降低CPU读取内存的次数,提高性能。因为这里并没有真正意义调用malloc等函数申请内存,而是移动指针标记而已,所以内存对齐的活,C编译器帮不了你了,得自己动手。

1: #define ngx_align_ptr(p, a)                                                   \ 2:      (u_char *) (((uintptr_t) (p) + ((uintptr_t) a - 1)) & ~((uintptr_t) a - 1))

2、开辟一个新的内存块 ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size)

这个函数是用来分配新的内存块,为pool内存池开辟一个新的内存块,并申请使用size大小的内存;

1:static void * 2: ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size) 3: { 4:     u_char      *m; 5:     size_t       psize; 6:     ngx_pool_t  *p, *new; 7:  8:     //计算内存池第一个内存块的大小 9:     psize = (size_t) (pool->d.end - (u_char *) pool); 10:  11:     //分配和第一个内存块同样大小的内存块 12:     m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log); 13:     if (m == NULL) { 14:         return NULL; 15:     } 16:  17:     new = (ngx_pool_t *) m; 18:  19:     //设置新内存块的end 20:     new->d.end = m + psize; 21:     new->d.next = NULL; 22:     new->d.failed = 0; 23:  24:     //将指针m移动到d后面的一个位置,作为起始位置 25:     m += sizeof(ngx_pool_data_t); 26:     //对m指针按4字节对齐处理 27:     m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT); 28:     //设置新内存块的last,即申请使用size大小的内存 29:     new->d.last = m + size; 30:  31:     //这里的循环用来找最后一个链表节点,这里failed用来控制循环的长度,如果分配失败次数达到5次,就忽略,不需要每次都从头找起 32:     for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) { 33:         if (p->d.failed++ > 4) { 34:             pool->current = p->d.next; 35:         } 36:     } 37:  38:     p->d.next = new; 39:  40:     return m; 41: }

3、分配大块内存 ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size)

在ngx_palloc中首先会判断申请的内存大小是否超过内存块的最大限值,如果超过,则直接调用ngx_palloc_large,进入大内存块的分配流程;

1:static void * 2: ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size) 3: { 4:     void              *p; 5:     ngx_uint_t         n; 6:     ngx_pool_large_t  *large; 7:  8:     // 直接在系统堆中分配一块大小为size的空间 9:     p = ngx_alloc(size, pool->log); 10:     if (p == NULL) { 11:         return NULL; 12:     } 13:  14:     n = 0; 15:  16:     // 查找到一个空的large区,如果有,则将刚才分配的空间交由它管理  17:     for (large = pool->large; large; large = large->next) { 18:         if (large->alloc == NULL) { 19:             large->alloc = p; 20:             return p; 21:         } 22:         //为了提高效率, 如果在三次内没有找到空的large结构体,则创建一个 23:         if (n++ > 3) { 24:             break; 25:         } 26:     } 27:  28:  29:     large = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_pool_large_t)); 30:     if (large == NULL) { 31:         ngx_free(p); 32:         return NULL; 33:     } 34:     35:     //将large链接到内存池 36:     large->alloc = p; 37:     large->next = pool->large; 38:     pool->large = large; 39:  40:     return p; 41: }

整个内存池分配如下图:

Nginx記憶體管理

  • 4.3 内存池重置 ngx_reset_pool

1:void 2: ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool) 3: { 4:     ngx_pool_t        *p; 5:     ngx_pool_large_t  *l; 6:     7:     //释放大块内存 8:     for (l = pool->large; l; l = l->next) { 9:         if (l->alloc) { 10:             ngx_free(l->alloc); 11:         } 12:     } 13:     14:     // 重置所有小块内存区 15:     for (p = pool; p; p = p->d.next) { 16:         p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t); 17:         p->d.failed = 0; 18:     } 19:  20:     pool->current = pool; 21:     pool->chain = NULL; 22:     pool->large = NULL; 23: }

4.4 内存池释放 ngx_pfree

1: ngx_int_t 2: ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p) 3: { 4:     ngx_pool_large_t  *l; 5:  6:     //只检查是否是大内存块,如果是大内存块则释放 7:     for (l = pool->large; l; l = l->next) { 8:         if (p == l->alloc) { 9:             ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0, 10:                            "free: %p", l->alloc); 11:             ngx_free(l->alloc); 12:             l->alloc = NULL; 13:  14:             return NGX_OK; 15:         } 16:     } 17: 

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