nginx的内存池及内存管理

nginx对内存的管理是由自己实现的内存池结构ngx_pool_t来完成，本文主要讲nginx的内存管理。

nginx对内存管理涉及到四个文件：src/core/ngx_palloc.h、src/core/ngx_palloc.c、src/os/unix/ngx_alloc.c、src/os/unix/ngx_alloc.h

ngx_alloc.h和ngx_alloc.c文件主要是对malloc、calloc、free、posix_memalign和memalign的封装，分别被封装为ngx_alloc、ngx_calloc、ngx_free和ngx_memalign

ngx_alloc：封装malloc分配内存

ngx_calloc：封装malloc分配内存，并初始化为0

ngx_memalign：返回基于alignment对齐的大小为size的内存空间，即地址为alignment的整数倍，也是2的幂

ngx_palloc.c文件中主要是对内存池的创建及销毁，从内存池中分配内存。

内存池结构

nginx对内存的管理统一完成，在nginx启动时，分配的是1024B大小的内存池，需要内存时从内存池中分配内存，在适当的时候释放内存池的内存（如关闭http连接时调用ngx_destroy_pool）。nginx中内存池结构定义为ngx_pool_t，其内存池结构如下。

typedef struct {    u_char               *last;//内存池中的内存分配到此处，也是下一次分开始位置    u_char               *end; //内存池的结束地址    ngx_pool_t           *next;//指向下一块内存，也可以称为内存池    ngx_uint_t            failed;//分配失败的次数} ngx_pool_data_t;//内存池中数据的信息struct ngx_pool_s {    ngx_pool_data_t       d;//内存池中的数据块    size_t                max; //内存池中用于存放数据的容量    ngx_pool_t           *current; //指向当前内存池    ngx_chain_t          *chain;  //指向下一个ngx_chain_t结构    ngx_pool_large_t     *large;   //大块内存链表，即内存大小大于max    ngx_pool_cleanup_t   *cleanup; //释放内存池的回调    ngx_log_t            *log;//日志信息};

像还有其它一些结构，如清除操作、大块数据链表，如下

#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL  (ngx_pagesize - 1)#define NGX_DEFAULT_POOL_SIZE    (16 * 1024)#define NGX_POOL_ALIGNMENT       16#define NGX_MIN_POOL_SIZE                                                     \    ngx_align((sizeof(ngx_pool_t) + 2 * sizeof(ngx_pool_large_t)),            \              NGX_POOL_ALIGNMENT)typedef void (*ngx_pool_cleanup_pt)(void *data);  //清除操作的回调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;};typedef struct ngx_pool_large_s  ngx_pool_large_t;struct ngx_pool_large_s {    ngx_pool_large_t     *next;    //指向下一个大块内存    void                 *alloc;   //指向分配的大块内存};

内存池操作

1、内存池创建

创建内存池由函数ngx_create_pool来完成。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);//指向ngx_pool_t结构之后，也以下次内存分配的开始    p->d.end = (u_char *) p + size;//指向内存池的结束位置    p->d.next = NULL;    p->d.failed = 0;    size = size - sizeof(ngx_pool_t);//指定的分配大小减去ngx_pool_t结构体的大小(40B)    p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;  //最大不会超过4095    p->current = p;    p->chain = NULL;    p->large = NULL;    p->cleanup = NULL;    p->log = log;    return p;}

2、内存池销毁

销毁内存池由函数ngx_destroy_pool完成。

遍历cleanup链表，如果有回调函数，就回调处理；遍历large大内存链表，释放分配的大块内存；遍历数据块的链表，将分配的小块内存释放。

3、内存池重置

重置由函数ngx_reset_pool完成。
释放large链表的大块内存，将数据块的last指针置为ngx_pool_t后，与创建时的位置相同。

4、分配内存

分配内存的函数有四个

void *ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
void *ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
void *ngx_pcalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
void *ngx_pmemalign(ngx_pool_t *pool, size_t size, size_t alignment)

ngx_palloc代码分析如下

void *ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size){    u_char      *m;    ngx_pool_t  *p;//分配的大小不大于内存池的容量    if (size <= pool->max) {        p = pool->current;        do {            m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT); //将下一次分配的地址NGX_ALIGNMENT对齐//内存池中的剩余大小可以装下size            if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {                p->d.last = m + size;                return m;            }            p = p->d.next;        } while (p);//在已有的内存池中没有找到可以分配size大小的空间，就再申请一个内存块。        return ngx_palloc_block(pool, size);    }//分配的大小大于内存池的容量，就大块内存分配    return ngx_palloc_large(pool, size);}

ngx_palloc_block函数分析如下

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);   //计算内存池的大小     m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log);  //分配一个与内存池一样大小的内存块    if (m == NULL) {        return NULL;    }    new = (ngx_pool_t *) m;    new->d.end = m + psize;//与创建内存池一样，设置内存块的结束位置    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;  //设置当前内存块的使用到的位置，即下一次分配内存的开始    for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) {        if (p->d.failed++ > 4) {            pool->current = p->d.next;//设置内存池的current指针        }    }    p->d.next = new;    return m;}

注意：该函数分配一块内存后，last指针指向的是ngx_pool_data_t结构体(16B）之后数据区的起始位置，而创建内存池， 指向的是ngx_pool_t结构体之后数据区的起始位置。

5、释放内存

ngx_int_t ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p)

该函数只是释放large链表中分配的内存。

6、注册cleanup

由函数ngx_pool_cleanup_t *ngx_pool_cleanup_add(ngx_pool_t *p, size_t size)完成。