详解PHP内存池中的存储层

PHP的内存管理器是分层（hierarchical）的。这个管理器共有三层：存储层（storage）、堆（heap）层和 emalloc/efree 层。存储层通过 malloc()、mmap() 等函数向系统真正的申请内存，并通过free()函数释放所申请的内存。

存储层通常申请的内存块都比较大，这里申请的内存大并不是指storage层结构所需要的内存大，只是堆层通过调用存储层的分配方法时，其以段的格式申请的内存比较大，存储层的作用是将内存分配的方式对堆层透明化。

首先看storage层的结构：

/* Heaps with user defined storage */  
typedef struct _zend_mm_storage zend_mm_storage;  
   
typedef struct _zend_mm_segment {  
    size_t    size;  
    struct _zend_mm_segment *next_segment;  
} zend_mm_segment;  
   
typedef struct _zend_mm_mem_handlers {  
    const char *name;  
    zend_mm_storage* (*init)(void *params);    //初始化函数  
    void (*dtor)(zend_mm_storage *storage);    //析构函数  
    void (*compact)(zend_mm_storage *storage);  
    zend_mm_segment* (*_alloc)(zend_mm_storage *storage, size_t size);    //内存分配函数  
    zend_mm_segment* (*_realloc)(zend_mm_storage *storage, zend_mm_segment *ptr, size_t size);    //重新分配内存函数  
    void (*_free)(zend_mm_storage *storage, zend_mm_segment *ptr);    //释放内存函数  
} zend_mm_mem_handlers;  
   
struct _zend_mm_storage {  
    const zend_mm_mem_handlers *handlers;    //处理函数集  
    void *data;  
};  

内存的分配方式，调用的函数是_zend_mm_storage结构中的处理函数集，而内存是以段的形式表现的。

4种内存方案

PHP在存储层共有4种内存分配方案: malloc，win32，mmap_anon，mmap_zero。默认使用malloc分配内存，如果设置了ZEND_WIN32宏，则为windows版本，调用HeapAlloc分配内存，剩下两种内存方案为匿名内存映射，并且PHP的内存方案可以通过设置变量来修改。

官方说明如下：

The Zend MM can be tweaked using ZEND_MM_MEM_TYPE and ZEND_MM_SEG_SIZE environment variables. Default values are “malloc” and “256K”.Dependent on target system you can also use “mmap_anon”, “mmap_zero” and “win32″ storage managers.

在代码中，对于这4种内存分配方案，分别对应实现了zend_mm_mem_handlers中的各个处理函数。配合代码的简单说明如下：

/* 使用mmap内存映射函数分配内存 写入时拷贝的私有映射，并且匿名映射，映射区不与任何文件关联。*/  
# define ZEND_MM_MEM_MMAP_ANON_DSC {"mmap_anon", zend_mm_mem_dummy_init, zend_mm_mem_dummy_dtor, zend_mm_mem_dummy_compact, zend_mm_mem_mmap_anon_alloc, zend_mm_mem_mmap_realloc, zend_mm_mem_mmap_free}  
 
/* 使用mmap内存映射函数分配内存 写入时拷贝的私有映射，并且映射到/dev/zero。*/  
# define ZEND_MM_MEM_MMAP_ZERO_DSC {"mmap_zero", zend_mm_mem_mmap_zero_init, zend_mm_mem_mmap_zero_dtor, zend_mm_mem_dummy_compact, zend_mm_mem_mmap_zero_alloc, zend_mm_mem_mmap_realloc, zend_mm_mem_mmap_free}  
 
/* 使用HeapAlloc分配内存 windows版本 关于这点，注释中写的是VirtualAlloc() to allocate memory，实际在程序中使用的是HeapAlloc*/  
# define ZEND_MM_MEM_WIN32_DSC {"win32", zend_mm_mem_win32_init, zend_mm_mem_win32_dtor, zend_mm_mem_win32_compact, zend_mm_mem_win32_alloc, zend_mm_mem_win32_realloc, zend_mm_mem_win32_free}  
 
/* 使用malloc分配内存 默认为此种分配 如果有加ZEND_WIN32宏，则使用win32的分配方案*/  
# define ZEND_MM_MEM_MALLOC_DSC {"malloc", zend_mm_mem_dummy_init, zend_mm_mem_dummy_dtor, zend_mm_mem_dummy_compact, zend_mm_mem_malloc_alloc, zend_mm_mem_malloc_realloc, zend_mm_mem_malloc_free}  
 
static const zend_mm_mem_handlers mem_handlers[] = {  
#ifdef HAVE_MEM_WIN32  
    ZEND_MM_MEM_WIN32_DSC,  
#endif  
#ifdef HAVE_MEM_MALLOC  
    ZEND_MM_MEM_MALLOC_DSC,  
#endif  
#ifdef HAVE_MEM_MMAP_ANON  
    ZEND_MM_MEM_MMAP_ANON_DSC,  
#endif  
#ifdef HAVE_MEM_MMAP_ZERO  
    ZEND_MM_MEM_MMAP_ZERO_DSC,  
#endif  
    {NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL}  
};  
关于匿名内存映射的优点
mmem_zero方案：
(SVR 4 ) /dev/zero Memory Mapping 
1. 可以将伪设备 “/dev/zero” 作为参数传递给mmap而创建一个映射区。/dev/zero的特殊在于，对于该设备文件所有的读操作都返回值为0的指定长度的字节流 ，任何写入的内容都被丢弃。我们的兴趣在于用它来创建映射区，用/dev/zero创建的映射区，其内容被初始为0。
2. 使用/dev/zero的优点在于，mmap创建映射区时，不需要一个时间存在的文件，伪文件 /dev/zero 就足够了。缺点是只能用在相关进程间。相对于相关进程间的通信，使用线程间通信效率要更高一些。不管使用那种技术，对共享数据的访问都需要进行同步。
mmem_anon方案：
(4.4 BSD) Anonymous Memory Mapping 
1. 匿名内存映射与使用/dev/zero类型，都不需要真实的文件。要使用匿名映射之需要向mmap传入MAP_ANON标志，并且fd参数置为-1。
2. 所谓匿名，指的是映射区并没有通过fd与文件路径名相关联。匿名内存映射用在有血缘关系的进程间。
win32方案中堆内存分配的声明
函数HeapAlloc声明如下：
WINBASEAPI  
__out_opt  
HANDLE  
WINAPI  
HeapCreate(  
 __in DWORD flOptions,  
 __in SIZE_T dwInitialSize,  
 __in SIZE_T dwMaximumSize  
 );  
   
WINBASEAPI  
BOOL  
WINAPI  
HeapDestroy(  
 __in HANDLE hHeap  
 );  
   
WINBASEAPI  
__bcount(dwBytes)  
LPVOID  
WINAPI  
HeapAlloc(  
 __in HANDLE hHeap,  
 __in DWORD dwFlags,  
 __in SIZE_T dwBytes  
 );  
   
   
WINBASEAPI  
BOOL  
WINAPI  
HeapFree(  
 __inout HANDLE hHeap,  
 __in DWORD dwFlags,  
 __deref LPVOID lpMem  
 );  
   
WINBASEAPI  
SIZE_T  
WINAPI  
HeapSize(  
 __in HANDLE hHeap,  
 __in DWORD dwFlags,  
 __in LPCVOID lpMem  
 ); 
◆hHeap是进程堆内存开始位置。
◆dwFlags是分配堆内存的标志。
◆dwBytes是分配堆内存的大小。
初始化
在zend_mm_startup启动时，程序会根据配置设置内存分配方案和段分配大小，如下所示代码：
ZEND_API zend_mm_heap *zend_mm_startup(void)  
{  
    int i;  
    size_t seg_size;  
    char *mem_type = getenv("ZEND_MM_MEM_TYPE");  
    char *tmp;  
    const zend_mm_mem_handlers *handlers;  
    zend_mm_heap *heap;  
   
    if (mem_type == NULL) {  
     i = 0;  
    } else {  
     for (i = 0; mem_handlers[i].name; i++) {  
      if (strcmp(mem_handlers[i].name, mem_type) == 0) {  
       break;  
      }  
     }  
     if (!mem_handlers[i].name) {  
      fprintf(stderr, "Wrong or unsupported zend_mm storage type '%s'\n", mem_type);  
      fprintf(stderr, "  supported types:\n");  
      for (i = 0; mem_handlers[i].name; i++) {  
       fprintf(stderr, " '%s'\n", mem_handlers[i].name);  
      }  
      exit(255);  
     }  
    }  
    handlers = &mem_handlers[i];  
   
    tmp = getenv("ZEND_MM_SEG_SIZE");  
    if (tmp) {  
     seg_size = zend_atoi(tmp, 0);  
     if (zend_mm_low_bit(seg_size) != zend_mm_high_bit(seg_size)) {  
      fprintf(stderr, "ZEND_MM_SEG_SIZE must be a power of two\n");  
      exit(255);  
     } else if (seg_size < ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE + ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE) {  
      fprintf(stderr, "ZEND_MM_SEG_SIZE is too small\n");  
      exit(255);  
     }  
    } else {  
     seg_size = ZEND_MM_SEG_SIZE;  
    }  
   
    //....代码省略  
}  
第1121~1138行遍历整个mem_handlers数组，确认内存分配方案，如果没有设置ZEND_MM_MEM_TYPE变量，默认使用malloc方案，如果是windows(即ZEND_WIN32)，则默认使用win32方案，如果设置了ZEND_MM_MEM_TYPE变量，则采用设置的方案。
第1140~1152行确认段分配大小，如果设置了ZEND_MM_SEG_SIZE变量，则使用设置的大小，此处会判断所设置的大小是否满足2的倍数，并且大于或等于ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE + ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE；如果没有设置没使用默认的ZEND_MM_SEG_SIZE。