Nginx 内存池

Johnny2024-01-112024-01-11

Nginx 内存池

内存池结构

内存池中主要涉及结构体：

创建内存池

程序首先会创建一个内存池，之后程序内需要使用内存时，会从内存池中分配内存。
创建内存池的代码如下

ngx_pool_t *
ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)
{
    ngx_pool_t  *p;

    p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);
    if (p == NULL) {
        return NULL;
    }

    p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);
    p->d.end = (u_char *) p + size;
    p->d.next = NULL;
    p->d.failed = 0;

    size = size - sizeof(ngx_pool_t);
    p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;

    p->current = p;
    p->chain = NULL;
    p->large = NULL;
    p->cleanup = NULL;
    p->log = log;

    return p;
}

创建之后的内存如下：

last指向可分配内存的首地址
end指向当前内存池的结束地址
next指向内存池下一个内存块的地址
failed记录内存分配失败次数
max: 最大可分配内存
current：分配地址时可使用的内存块
large：指向大块内存的管理信息（在内存池中）
cleanup: 清理函数链

申请内存

Nginx申请内存通过三个API：ngx_palloc、 ngx_pcalloc、 ngx_pnalloc

ngx_palloc：获取内存后并不进行初始化操作
ngx_pcalloc：对内存进行初始化

ngx_palloc的首地址是对齐的，而ngx_pnalloc没有考虑内存对齐

void *
ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
#if !(NGX_DEBUG_PALLOC)
    if (size <= pool->max) {
        return ngx_palloc_small(pool, size, 1);
    }
#endif

    return ngx_palloc_large(pool, size);
}

如果申请的内存小于等于内存池的最大可用空间，则会分配小块内存，否则分配大块内存。

static ngx_inline void *
ngx_palloc_small(ngx_pool_t *pool, size_t size, ngx_uint_t align)
{
    u_char      *m;
    ngx_pool_t  *p;

    p = pool->current;

    do {
        m = p->d.last;

        if (align) {
            m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT);
        }

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

            return m;
        }

        p = p->d.next;

    } while (p);

    return ngx_palloc_block(pool, size);
}

如果该内存池没有这么大的内存，就会重新建立一个内存块进行分配，同时将前一个内存池的next指针指向新建的内存块上

static void *
ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
    u_char      *m;
    size_t       psize;
    ngx_pool_t  *p, *new;

    psize = (size_t) (pool->d.end - (u_char *) pool);//内存池的内存块大小

    m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log); //分配一个一样的内存池
    if (m == NULL) {
        return NULL;
    }

    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;


    //如果分配失败四次之后就跳过这个内存块，再另一个内存块上分配内存
    for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) {
        if (p->d.failed++ > 4) {
            pool->current = p->d.next;
        }
    }

    p->d.next = new;

    return m;
}

大块内存分配。
管理大块内存的数据结构所用的空间是从内存池中申请的，而申请的大块内存是从堆上分配的。

static void *
ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
    void              *p;
    ngx_uint_t         n;
    ngx_pool_large_t  *large;

    p = ngx_alloc(size, pool->log);
    if (p == NULL) {
        return NULL;
    }
    //获取大块内存管理的链表结构，该结构可以复用
    n = 0;

    for (large = pool->large; large; large = large->next) {
        if (large->alloc == NULL) {
            large->alloc = p;
            return p;
        }

        if (n++ > 3) { //最多分配三块，原因正在看
            break;
        }
    }

    large = ngx_palloc_small(pool, sizeof(ngx_pool_large_t), 1);
    if (large == NULL) {
        ngx_free(p);
        return NULL;
    }

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

    return p;
}

释放内存

对于在内存池中的小块内存不需要释放，会在内存池释放之后释放。
通过ngx_pfree进行大块内存释放。

ngx_int_t
ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p)
{
    ngx_pool_large_t  *l;

    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;
}

先遍历大块内存表找到需要释放的大块内存，然后释放当前的内存块。这里释放的是内存块，由于存储内存块的链表节点属于内存池的小块内存，所以肯定不会释放掉。

释放内存池

void
ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool)
{
    ngx_pool_t          *p, *n;
    ngx_pool_large_t    *l;
    ngx_pool_cleanup_t  *c;

    //遍历需要清除的节点，然后执行清理函数链
    for (c = pool->cleanup; c; c = c->next) {
        //如果有清理的函数链，则执行清除函数链
        if (c->handler) {
            ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,
                           "run cleanup: %p", c);
            c->handler(c->data);
        }
    }

    //释放大块内存
    for (l = pool->large; l; l = l->next) {
        if (l->alloc) {
            ngx_free(l->alloc);
        }
    }
	//释放内存池中的内存块
    for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {
        ngx_free(p);

        if (n == NULL) {
            break;
        }
    }
}