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nginx源码解析之内存池

时间:2015-05-05 19:46:47      阅读:232      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:nginx   源码   

nginx自身实现了内存池,所有内存分配都是基于内存池来操作。基本思想是预申请一段内存空间,低于指定大小的内存(小段内存)直接从内存池中申请,超过指定大小的内存(大段内存)直接调用malloc申请。相关代码在os/unix/ngx_alloc.{c,h}和core/ngx_palloc.{c,h}。

os/unix/ngx_alloc.{c,h}文件封装了内存分配的系统调用,其中:

  • ngx_alloc调用malloc申请一段内存空间
  • ngx_calloc调用malloc申请一段内存空间,再调用memset将这段空间初始化为0
  • ngx_memalign调用memalign/posix_memalign申请内存地址对齐的一段空间

core/ngx_palloc.{c,h}包含了nginx内存池实现的主要代码,先看看内存池的相关数据结构:

// 内存池数据区
typedef struct {
    u_char               *last; // 内存池可用空间起始地址
    u_char               *end;  // 内存池末端地址
    ngx_pool_t           *next;
    ngx_uint_t            failed; // 尝试分配失败次数
} ngx_pool_data_t;

typedef struct ngx_pool_large_s  ngx_pool_large_t;
struct ngx_pool_large_s {
    ngx_pool_large_t     *next;
    void                 *alloc; // 大段内存空间,调用malloc申请
};

struct ngx_pool_s {
    ngx_pool_data_t       d;
    size_t                max; // 内存池分配空间(不超过page_size-1)
    ngx_pool_t           *current;  // 当前内存池
    ngx_chain_t          *chain;
    ngx_pool_large_t     *large;    // 大段内存链表
    ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;
    ngx_log_t            *log;
};

转换成为数据结构图可能更加清晰一些:
技术分享
注意图中current指针指向的并不是所在的内存池,实际上current指针的指向是会变化的。

依次查看ngx_palloc.c文件中的代码:

  • ngx_create_poll函数用来创建size大小的内存池
ngx_pool_t  *p;

// 申请NGX_POLL_ALIGNMENT对齐的内存空间
p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);

// 实际可分配的空间为size-sizeof(ngx_poll_t)
p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);
p->d.end = (u_char *) p + size;
size = size - sizeof(ngx_pool_t);
p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;
...
  • ngx_destroy_poll函数用来销毁内存池,销毁流程是先销毁cleanup链表中的内存(数据结构定义如下,即调用handler函数销毁data空间),销毁大段内存(large链表),最后销毁ngx_poll_t链表。
typedef void (*ngx_pool_cleanup_pt)(void *data);

typedef struct ngx_pool_cleanup_s  ngx_pool_cleanup_t;

struct ngx_pool_cleanup_s {
    ngx_pool_cleanup_pt   handler;
    void                 *data;
    ngx_pool_cleanup_t   *next;
};
  • ngx_reset_pool函数用来重置内存池(销毁大段内存空间、重置内存池字段,如last字段设为p+sizeof(ngx_poll_t))
  • ngx_palloc函数从内存池中申请一段空间并返回地址
void *
ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
    u_char      *m;
    ngx_pool_t  *p;

    // 申请大小不大于内存池空间大小
    if (size <= pool->max) {

        p = pool->current;

        do {
            // 计算last地址对齐后的地址
            m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);

            // 可用空间超过size则直接返回
            if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {
                p->d.last = m + size;

                return m;
            }

            p = p->d.next;

        } while (p);

        // 重新申请内存池
        return ngx_palloc_block(pool, size);
    }

    // 申请大段内存
    return ngx_palloc_large(pool, size);
}
  • ngx_pnalloc函数与ngx_palloc函数功能相同,唯一不同的是缺少了计算last对齐后的地址,即ngx_palloc返回的一定是内存地址对齐的地址,而ngx_pnalloc则不一定。
        do {
            // 唯一与ngx_palloc不同的地方
            m = p->d.last;

            if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {
                p->d.last = m + size;

                return m;
            }

            p = p->d.next;

        } while (p);
  • ngx_palloc_block函数在ngx_palloc和ngx_pnalloc中均有被调用,用来重新申请内存池并返回对齐的地址空间
static void *
ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
    u_char      *m;
    size_t       psize;
    ngx_pool_t  *p, *new, *current;

    // 计算当前内存池分配大小
    psize = (size_t) (pool->d.end - (u_char *) pool);

    // 申请内存地址对齐的空间
    m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log);
    if (m == NULL) {
        return NULL;
    }

    // 初始化工作,与ngx_create_poll中类似
    new = (ngx_pool_t *) m;

    new->d.end = m + psize;
    new->d.next = NULL;
    new->d.failed = 0;

    m += sizeof(ngx_pool_data_t);
    m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT);
    new->d.last = m + size;

    // 重新设置current指针,将刚申请的内存池放到链表末尾
    current = pool->current;

    for (p = current; p->d.next; p = p->d.next) {
        if (p->d.failed++ > 4) {
            current = p->d.next;
        }
    }

    p->d.next = new;

    pool->current = current ? current : new;

    return m;
}
  • ngx_palloc_large用来申请大段内存空间(大小超过内存池空间)
static void *
ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
    void              *p;
    ngx_uint_t         n;
    ngx_pool_large_t  *large;

    // 调用malloc申请空间
    p = ngx_alloc(size, pool->log);
    if (p == NULL) {
        return NULL;
    }

    n = 0;

    // 尝试将申请的空间放入large链表中(仅尝试4次?)
    for (large = pool->large; large; large = large->next) {
        if (large->alloc == NULL) {
            large->alloc = p;
            return p;
        }

        if (n++ > 3) {
            break;
        }
    }

    // 申请ngx_pool_large_t数据结构,初始化alloc指向申请的大段内存,放到large链表头
    large = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_pool_large_t));
    if (large == NULL) {
        ngx_free(p);
        return NULL;
    }

    large->alloc = p;
    large->next = pool->large;
    pool->large = large;

    return p;
}
  • ngx_pmemalign函数用来申请内存地址对齐的大段空间
void *
ngx_pmemalign(ngx_pool_t *pool, size_t size, size_t alignment)
{
    void              *p;
    ngx_pool_large_t  *large;

    p = ngx_memalign(alignment, size, pool->log);
    if (p == NULL) {
        return NULL;
    }

    large = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_pool_large_t));
    if (large == NULL) {
        ngx_free(p);
        return NULL;
    }

    large->alloc = p;
    large->next = pool->large;
    pool->large = large;

    return p;
}
  • ngx_pfree函数用来释放指定内存空间(针对大段空间)
ngx_int_t
ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p)
{
    ngx_pool_large_t  *l;

    // 遍历large链表
    for (l = pool->large; l; l = l->next) {
        if (p == l->alloc) {
            ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,
                           "free: %p", l->alloc);
            ngx_free(l->alloc);
            l->alloc = NULL;

            return NGX_OK;
        }
    }

    return NGX_DECLINED;
}
  • ngx_pcalloc函数在ngx_palloc的基础上,将这段空间初始化为0

ngx_pool_cleanup_add、ngx_pool_run_cleanup_file、ngx_pool_cleanup_file和ngx_pool_delete_file函数暂时不对其进行解析。以上便是nginx内存池实现的全部,本代码基于nginx1.7.0,在CentOS6.0下完成编译。

nginx源码解析之内存池

标签:nginx   源码   

原文地址:http://blog.csdn.net/cool_sti/article/details/45504149

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