Nginx高级数据结构源码分析（四）-----内存池

内存池的使用給Nginx带来了很多好处，比如内存使用的便利，逻辑代码的简化以及程序性能的提升。

几个关键知识点罗列如下：

（1）函数ngx_palloc()尝试从内存中分配size大小的内存时，分两种情况，一种是size大小小于pool->max，称为小块内存分配，若当前内存池节点小于size，则申请一个新的等同大小的内存池节点，然后从这个新内存池节点分配出size大小的内存空间。若size 大于pool->max时，即分配大块内存，此时调用的函数直接向操作系统申请大块内存。

（2）小块内存的申请是插入在链表的尾节点，而新的大块内存则是插入在链表前面。

（3）Nginx仅提供对大块内存的释放，没有提供对小块内存的释放，意味着从内存池分配出去的内存不会再回收到内存池里来，而只有在销毁整个内存池时，这些内存才会回收到系统内存里。

（4）ngx_pool_t中的current字段：这个字段记录了后序从该内存池分配内存的起始节点，Nginx规定当一个内存节点分配总失败次数大于等于6次时，current则指向下一个内存节点。

（5）为什么要将pool->max字段的最大值限制在一页内存，这也是小块内存与大块内存的临界，原因在于只有当分配的空间小于一页时才有缓存的必要，，否则的话还不如直接利用系统接口malloc()向操作系统申请。

各个结构体的定义：

//大块内存管理结构  struct ngx_pool_large_s {      ngx_pool_large_t     *next;   //连接下一个大内存管理      void                 *alloc;  //申请的大内存地址  };    //内存池中数据管理  typedef struct {      u_char               *last;   //可用内存的起始地址      u_char               *end;    //可用内存的末尾地址      ngx_pool_t           *next;   //指向下一个内存池节点     ngx_uint_t            failed; //申请时，失败的次数  } ngx_pool_data_t;    //内存池  struct ngx_pool_s {      ngx_pool_data_t       d;       //存放数据      size_t                max;      //存放数据的可用内存大小，最大为1页      ngx_pool_t           *current; //指向分配内存的内存池      ngx_chain_t          *chain;      ngx_pool_large_t     *large;   //连接大内存管理结构      ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;  //清理对象头      ngx_log_t            *log;  };  

内存池的初始化：

//创建一个size的内存池  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);  //以对齐的方式来申请size字节内存      if (p == NULL) {          return NULL;      }        p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);   //指向可用的内存起始地址      p->d.end = (u_char *) p + size;                  //指向可用内存的末尾地址      p->d.next = NULL;                                //初始时，下一个可用内存为NULL      p->d.failed = 0;                             //该内存申请失败零次        size = size - sizeof(ngx_pool_t);       //实际可用的大小，减去控制结构的大小      p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;       //最大只能是一页大小        p->current = p;                          //指向正在分配内存的内存池      p->chain = NULL;      p->large = NULL;      p->cleanup = NULL;      p->log = log;        return p;  }  

内存池的销毁与重置：

//销毁内存池  void  ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool)  {      ngx_pool_t          *p, *n;      ngx_pool_large_t    *l;      ngx_pool_cleanup_t  *c;        //运行清理对象的handler      for (c = pool->cleanup; c; c = c->next) {          if (c->handler) {              ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,                             "run cleanup: %p", c);              c->handler(c->data);          }      }        //释放大内存      for (l = pool->large; l; l = l->next) {            ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0, "free: %p", l->alloc);            if (l->alloc) {              ngx_free(l->alloc);      //使用free释放malloc申请的内存          }      }    #if (NGX_DEBUG)        /*      * we could allocate the pool->log from this pool      * so we cannot use this log while free()ing the pool      */        for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {          ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,                         "free: %p, unused: %uz", p, p->d.end - p->d.last);            if (n == NULL) {              break;          }      }    #endif        //释放每一个申请的内存池对象ngx_pool_t      for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {          ngx_free(p);            if (n == NULL) {              break;          }      }  }    //重设内存池  void  ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool)  {      ngx_pool_t        *p;      ngx_pool_large_t  *l;        //释放大内存      for (l = pool->large; l; l = l->next) {          if (l->alloc) {              ngx_free(l->alloc);          }      }        //内存池对象，仅仅改变last的指针位置      for (p = pool; p; p = p->d.next) {          p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);   //导致所有的内存池对象的可用内存的起始地址偏移都一样          p->d.failed = 0;      }        pool->current = pool;      pool->chain = NULL;      pool->large = NULL;  }  

分配内存：

//分配内存（地址对齐）  void *  ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)  {      u_char      *m;      ngx_pool_t  *p;        if (size <= pool->max) {  //小内存申请时，以size为标准            p = pool->current;            do {              m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT); //首先将d.last地址对齐                if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {        //可用的内存大于要申请的内存                  p->d.last = m + size;        //直接更新d.last                    return m;       //直接返回              }                p = p->d.next;       //否则找下一个可用的内存池对象            } while (p);            //没有找到，则要申请新的内存池对象          return ngx_palloc_block(pool, size);      }        return ngx_palloc_large(pool, size);    //大内存申请处理  }    //分配内存（地址可以不对齐）  void *  ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)  {      u_char      *m;      ngx_pool_t  *p;        if (size <= pool->max) {  //小内存            p = pool->current;            do {              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);            return ngx_palloc_block(pool, size);    //申请新内存池对象      }        return ngx_palloc_large(pool, size);    //大内存  }  

小块内存分配：

//申请新的内存池对象  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);    //申请内存的总大小        m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log);  //对齐方式申请内存      if (m == NULL) {          return NULL;      }        new = (ngx_pool_t *) m; //新的内存        new->d.end = m + psize;      //可用的内存的最后地址      new->d.next = NULL;      new->d.failed = 0;        m += sizeof(ngx_pool_data_t);   //只有一个ngx_pool_data_t，节省了ngx_pool_t的其余开销      m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT);      new->d.last = m + size;      //可用的内存的起始地址            //如果当前申请内存的失败的次数已经有5次了，第6次，current将会指向新的内存池对象      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; //连接刚刚申请的内存池对象        return m;  }  

大块内存分配

//大内存申请处理  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);      //直接malloc申请内存      if (p == NULL) {          return NULL;      }        n = 0;        for (large = pool->large; large; large = large->next) {          if (large->alloc == NULL) {      //如果有内存被释放了，可重用              large->alloc = p;                  return p;          }            if (n++ > 3) {       //但是只找4次，第5次直接break，创建大内存的管理结构              break;          }      }        large = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_pool_large_t)); //从内存池对象申请内存      if (large == NULL) {          ngx_free(p);          return NULL;      }        large->alloc = p;    //指向申请的大内存        //插入large的头      large->next = pool->large;          pool->large = large;        return p;  }  

直接分配内存：

//不管内存大小多大，向操作系统申请内存  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);    //申请的内存      if (p == NULL) {          return NULL;      }        large = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_pool_large_t)); //申请一个大内存管理结构      if (large == NULL) {          ngx_free(p);          return NULL;      }        //放入到内存池ngx_pool_t中管理      large->alloc = p;    //指向申请的内存        //插入到头部      large->next = pool->large;      pool->large = large;        return p;  }  

释放内存：

//释放内存  ngx_int_t  ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p)  {      ngx_pool_large_t  *l;        //只释放大内存      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; //置为空                return NGX_OK;          }      }        return NGX_DECLINED;  }