ngx_slab_pool

slab:

slab是啥 借用百度百科的话来说，slab是Linux操作系统的一种内存分配机制。其工作是针对一些经常分配并释放的对象，如进程描述符等，这些对象的大小一般比较小，如果直接采用伙伴系统来进行分配和释放，不仅会造成大量的内存碎片，而且处理速度也太慢。而slab分配器是基于对象进行管理的，相同类型的对象归为一类(如进程描述符就是一类)，每当要申请这样一个对象，slab分配器就从一个slab列表中分配一个这样大小的单元出去，而当要释放时，将其重新保存在该列表中，而不是直接返回给伙伴系统，从而避免这些内碎片。slab分配器并不丢弃已分配的对象，而是释放并把它们保存在内存中。当以后又要请求新的对象时，就可以从内存直接获取而不用重复初始化。

数据结构 和初始化

struct ngx_slab_page_s {    uintptr_t         slab;    ngx_slab_page_t  *next;    uintptr_t         prev;};typedef struct {    ngx_shmtx_sh_t    lock;    size_t            min_size;//最小的大小    size_t            min_shift;//最小的偏移    ngx_slab_page_t  *pages;//页数组    ngx_slab_page_t   free; //空闲页面的数组    u_char           *start; //可分配空间的开始节点    u_char           *end; //结束地址    ngx_shmtx_t       mutex;     u_char           *log_ctx;    u_char            zero;    unsigned          log_nomem:1;    void             *data;    void             *addr;} ngx_slab_pool_t;voidngx_slab_init(ngx_slab_pool_t *pool){    u_char           *p;    size_t            size;    ngx_int_t         m;    ngx_uint_t        i, n, pages;    ngx_slab_page_t  *slots;    /* STUB */    if (ngx_slab_max_size == 0) {        ngx_slab_max_size = ngx_pagesize / 2;//最大为pagesize的一半        ngx_slab_exact_size = ngx_pagesize / (8 * sizeof(uintptr_t));//计算exact size        for (n = ngx_slab_exact_size; n >>= 1; ngx_slab_exact_shift++) {            /* void */        }    }    /**/    pool->min_size = 1 << pool->min_shift;//最小大小    p = (u_char *) pool + sizeof(ngx_slab_pool_t);//空闲内存的位置    size = pool->end - p;//总内存的大小    ngx_slab_junk(p, size);    slots = (ngx_slab_page_t *) p;    n = ngx_pagesize_shift - pool->min_shift;// 小内存的数量    for (i = 0; i < n; i++) {//初始化        slots[i].slab = 0;        slots[i].next = &slots[i];        slots[i].prev = 0;    }    p += n * sizeof(ngx_slab_page_t);//继续偏移到页的位置    pages = (ngx_uint_t) (size / (ngx_pagesize + sizeof(ngx_slab_page_t)));//计算页数    ngx_memzero(p, pages * sizeof(ngx_slab_page_t));    pool->pages = (ngx_slab_page_t *) p;//页数组指针    pool->free.prev = 0;    pool->free.next = (ngx_slab_page_t *) p;//刚开始空闲就是开始    pool->pages->slab = pages;    pool->pages->next = &pool->free;    pool->pages->prev = (uintptr_t) &pool->free;    pool->start = (u_char *)                  ngx_align_ptr((uintptr_t) p + pages * sizeof(ngx_slab_page_t),                                 ngx_pagesize);//设置开始位置    m = pages - (pool->end - pool->start) / ngx_pagesize;//地址偏移后 看下有木有被浪费了空间    if (m > 0) {//更新        pages -= m;        pool->pages->slab = pages;    }    pool->log_nomem = 1;    pool->log_ctx = &pool->zero;    pool->zero = '\0';}

总结下：
首先根据min_shift 和ngx_pagesize的大小算出分配小内存slots数量。然后再根据start 和end 算出pages（多少页）。
所以说他们的内存结构是 ngx_salb_pool 后面跟着一个ngx_slab_page_t[slots]大小的数组，保存的是小内存信息，然后后面跟着一个ngx_slab_page_t[pages]大小的数组，保存的页信息，然后后面跟上的就是剩余的用来分配的内存了。

插入

插入还是先直接上注释的代码看来代码来看总结，应该就能理解了

static ngx_slab_page_t *ngx_slab_alloc_pages(ngx_slab_pool_t *pool, ngx_uint_t pages){    ngx_slab_page_t  *page, *p;    for (page = pool->free.next; page != &pool->free; page = page->next) {        if (page->slab >= pages) {//足够的内存            if (page->slab > pages) {//还有剩的                page[pages].slab = page->slab - pages;//还剩的数量                page[pages].next = page->next;//下一个节点                page[pages].prev = page->prev;//上一个节点                p = (ngx_slab_page_t *) page->prev;//维护上下节点                p->next = &page[pages];                page->next->prev = (uintptr_t) &page[pages];            } else {// 刚好用完                p = (ngx_slab_page_t *) page->prev;                p->next = page->next;                page->next->prev = page->prev;//维护上下信息            }            page->slab = pages | NGX_SLAB_PAGE_START;            page->next = NULL;            page->prev = NGX_SLAB_PAGE;            if (--pages == 0) {//只有一页                return page;            }            for (p = page + 1; pages; pages--) {                p->slab = NGX_SLAB_PAGE_BUSY;                p->next = NULL;                p->prev = NGX_SLAB_PAGE;                p++;            }            return page;        }    }    if (pool->log_nomem) {        ngx_slab_error(pool, NGX_LOG_CRIT,                       "ngx_slab_alloc() failed: no memory");    }    return NULL;}void *ngx_slab_alloc_locked(ngx_slab_pool_t *pool, size_t size){    size_t            s;    uintptr_t         p, n, m, mask, *bitmap;    ngx_uint_t        i, slot, shift, map;    ngx_slab_page_t  *page, *prev, *slots;    if (size >= ngx_slab_max_size) {//如果是大于        ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, ngx_cycle->log, 0,                       "slab alloc: %uz", size);        page = ngx_slab_alloc_pages(pool, (size >> ngx_pagesize_shift)                                          + ((size % ngx_pagesize) ? 1 : 0));        if (page) {            p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;//根据page的位置            p += (uintptr_t) pool->start;//计算出内存的位置        } else {            p = 0;        }        goto done;    }    if (size > pool->min_size) {//看下size大小        shift = 1;        for (s = size - 1; s >>= 1; shift++) { /* void */ }        slot = shift - pool->min_shift;//算出solt的位置    } else {//小与size都设置        size = pool->min_size;        shift = pool->min_shift;        slot = 0;    }    ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, ngx_cycle->log, 0,                   "slab alloc: %uz slot: %ui", size, slot);    slots = (ngx_slab_page_t *) ((u_char *) pool + sizeof(ngx_slab_pool_t));//找到solt的位置    page = slots[slot].next;    if (page->next != page) {//如果page 不是他自己        if (shift < ngx_slab_exact_shift) {//小于exact_shift 代表一个uintptr保存不了 所以使用bitmap保存            do {                p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;//p的偏移                bitmap = (uintptr_t *) (pool->start + p); //bitmap的具体位置                map = (1 << (ngx_pagesize_shift - shift))                          / (sizeof(uintptr_t) * 8);//个数                for (n = 0; n < map; n++) {//循环                    if (bitmap[n] != NGX_SLAB_BUSY) {//这一页没满                        for (m = 1, i = 0; m; m <<= 1, i++) {                            if ((bitmap[n] & m)) {//找一个没使用的                                continue;                            }                            bitmap[n] |= m;//标记使用                            i = ((n * sizeof(uintptr_t) * 8) << shift)                                + (i << shift);//偏移的位置                            if (bitmap[n] == NGX_SLAB_BUSY) {//用完了                                for (n = n + 1; n < map; n++) {                                     if (bitmap[n] != NGX_SLAB_BUSY) {//后面的还有剩的                                         p = (uintptr_t) bitmap + i;                                         goto done;                                     }                                }                                //这一页page全部用完了 转换到下一页去                                prev = (ngx_slab_page_t *)                                            (page->prev & ~NGX_SLAB_PAGE_MASK);                                prev->next = page->next;                                page->next->prev = page->prev;                                page->next = NULL;                                page->prev = NGX_SLAB_SMALL;                            }                            p = (uintptr_t) bitmap + i;                            goto done;                        }                    }                }                page = page->next;            } while (page);        } else if (shift == ngx_slab_exact_shift) {//刚好一样            do {                if (page->slab != NGX_SLAB_BUSY) {//还没有用完                    for (m = 1, i = 0; m; m <<= 1, i++) {//找一个位置                        if ((page->slab & m)) {                            continue;                        }                        page->slab |= m;//标记使用                        if (page->slab == NGX_SLAB_BUSY) {//用完了 换个page                            prev = (ngx_slab_page_t *)                                            (page->prev & ~NGX_SLAB_PAGE_MASK);                            prev->next = page->next;                            page->next->prev = page->prev;                            page->next = NULL;                            page->prev = NGX_SLAB_EXACT;                        }                        p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;                        p += i << shift;                        p += (uintptr_t) pool->start;                        goto done;                    }                }                page = page->next;            } while (page);        } else { /* shift > ngx_slab_exact_shift */ //足够用            //假如 uintptr = 8  8*8=64就可以保存64个分配信息 刚好保存的时候每一块的大小就是64 对应的ngx_slab_exact_shift就是6  当ngx_slab_exact_shift 大于6的时候 比如7 这个时候只需要32位            n = ngx_pagesize_shift - (page->slab & NGX_SLAB_SHIFT_MASK);//后四位保存大小            n = 1 << n;//数量            n = ((uintptr_t) 1 << n) - 1;//转换成每一位都是1            mask = n << NGX_SLAB_MAP_SHIFT;//前移32位            do {                if ((page->slab & NGX_SLAB_MAP_MASK) != mask) {//代表还有空间                    for (m = (uintptr_t) 1 << NGX_SLAB_MAP_SHIFT, i = 0;                         m & mask;//退出条件 到mask为0 代表就是后面没有了 mask低三十二位为0 所以溢出后也能退出                         m <<= 1, i++)                    {                        if ((page->slab & m)) {//使用了                            continue;                        }                        page->slab |= m;//标记使用                        if ((page->slab & NGX_SLAB_MAP_MASK) == mask) {//全部用完了                            prev = (ngx_slab_page_t *)                                            (page->prev & ~NGX_SLAB_PAGE_MASK);                            prev->next = page->next;                            page->next->prev = page->prev;                            page->next = NULL;                            page->prev = NGX_SLAB_BIG;                        }                        p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;//第几个page 然后算出地址偏移                        p += i << shift; //然后加上这是第几个分配空间的偏移                        p += (uintptr_t) pool->start;//算出位置                        goto done;                    }                }                page = page->next;            } while (page);        }    }    page = ngx_slab_alloc_pages(pool, 1);//木有内存的时候 去申请一页    if (page) {        if (shift < ngx_slab_exact_shift) {//不够保存的情况            p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;//page的位置偏移            bitmap = (uintptr_t *) (pool->start + p);            s = 1 << shift;            n = (1 << (ngx_pagesize_shift - shift)) / 8 / s;//需要多少来保存bitmap            if (n == 0) {                n = 1;            }            bitmap[0] = (2 << n) - 1;//这里已经把当前需要分配的内存 计算进去了            map = (1 << (ngx_pagesize_shift - shift)) / (sizeof(uintptr_t) * 8);//bitmap的个数            for (i = 1; i < map; i++) {                bitmap[i] = 0;            }            page->slab = shift;            page->next = &slots[slot];            page->prev = (uintptr_t) &slots[slot] | NGX_SLAB_SMALL;            slots[slot].next = page;            p = ((page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift) + s * n;//找到位置            p += (uintptr_t) pool->start;            goto done;        } else if (shift == ngx_slab_exact_shift) {//刚刚好            page->slab = 1;//标记为1  也就是最低位为1            page->next = &slots[slot];            page->prev = (uintptr_t) &slots[slot] | NGX_SLAB_EXACT;            slots[slot].next = page;            p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;//找到位置            p += (uintptr_t) pool->start;            goto done;        } else { /* shift > ngx_slab_exact_shift */            //12            page->slab = ((uintptr_t) 1 << NGX_SLAB_MAP_SHIFT) | shift;//最低位设置大小 并且32位标记使用            page->next = &slots[slot];            page->prev = (uintptr_t) &slots[slot] | NGX_SLAB_BIG;            slots[slot].next = page;            p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;//找到位置            p += (uintptr_t) pool->start;            goto done;        }    }    p = 0;done:    ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, ngx_cycle->log, 0, "slab alloc: %p", p);    return (void *) p;}

总结下：
其实内存分配分为两个大的步骤，第一步是看这个内存是需要分配一个页内存还是直接在小内存里面来分配。
1.大内存分配：首先是算出分配需要多少页，然后在free里面找出一个能给他分配足够页数的的pages来分配内存，然后维护上下文信息。
2：分配一个小内存。首先先找到分配这个内存对于的solts数组的位置。然后判断下这个内存大小的需要哪种分配信息的存放方式（因为你把内存分出去了，肯定得有个地方保存你分的是哪些，没分的是哪些）这里有三种情况。为啥是三种喃，因为ngx是使用ngx_slab_page_s里面的slab来分配信息的，这个slab是uintptr类型的（假如咱们的sizeof(uintptr) = 8 ngx_pagesize = 4096），以每一位保存一个分配信息，可以保存64个，对于一个page来说（因为你读代码就会发现，其实solts使用的内存，是去申请的page内存），如果分配的内存刚好等于64那么刚好能够保存，如果小于64，那么一个uintptr是不够的，当然对于大于64的内存，那就是完全足够分配的。咱们对于这个分配临界值的位数就用ngx_slab_exact_shift来表示
对于shift < ngx_slab_exact_shift 这个时候一个uintptr_t是不够的，这个时候nix采用的是在page的开始空间创建一个bitmap数组来保存分配信息，bitmap的类型是uintptr_t，数组的数量当然是需要保存的数量除以一个uintptr_t能够保存的数量。这个完成内存的分配和分配信息的保存。
对于shift == ngx_slab_exact_shift 这个就很好办了因为slab刚好能够保存，就直接使用就ok。
对于 shift > ngx_slab_exact_shift 对于这种是完全足够的，采用的是使用slab的高32位来进行保存信息（毕竟shift+1 那么需要保存信息的个数就/2嘛 本来刚好是64个 所以对于大的，肯定小于=32了）低四位保存shift信息。
当然如果solts没有内存了，就去申请一页的page。

回收内存

申请的内存，总有还回来的时候卅（嘿嘿 肯定不是还给操作系统）。来看下怎么维护这个还回来的信息 还是先来代码。

static voidngx_slab_free_pages(ngx_slab_pool_t *pool, ngx_slab_page_t *page,    ngx_uint_t pages){    ngx_slab_page_t  *prev;    page->slab = pages--; //有多少块    if (pages) {//把后面的置空        ngx_memzero(&page[1], pages * sizeof(ngx_slab_page_t));    }    if (page->next) {//如果还有上文关系        prev = (ngx_slab_page_t *) (page->prev & ~NGX_SLAB_PAGE_MASK);        prev->next = page->next;        page->next->prev = page->prev;//解除节点关系    }    page->prev = (uintptr_t) &pool->free;//加入到free节点    page->next = pool->free.next;    page->next->prev = (uintptr_t) page;    pool->free.next = page;}voidngx_slab_free_locked(ngx_slab_pool_t *pool, void *p){    size_t            size;    uintptr_t         slab, m, *bitmap;    ngx_uint_t        n, type, slot, shift, map;    ngx_slab_page_t  *slots, *page;    ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, ngx_cycle->log, 0, "slab free: %p", p);    if ((u_char *) p < pool->start || (u_char *) p > pool->end) {//这个内存是不是我的        ngx_slab_error(pool, NGX_LOG_ALERT, "ngx_slab_free(): outside of pool");        goto fail;    }    n = ((u_char *) p - pool->start) >> ngx_pagesize_shift;//找到是哪个page的    page = &pool->pages[n];    slab = page->slab;    type = page->prev & NGX_SLAB_PAGE_MASK;//获取这个page的类型    switch (type) {//根据page的类型找到自己的定位    case NGX_SLAB_SMALL://使用bitmap存储        shift = slab & NGX_SLAB_SHIFT_MASK;//找到shift 参照使用page时候的初始化        size = 1 << shift;//大小        if ((uintptr_t) p & (size - 1)) {//因为分配的时候最开始有内存对齐，所以这个内存低位不为1            goto wrong_chunk;        }        n = ((uintptr_t) p & (ngx_pagesize - 1)) >> shift;//分配的第几个 还是因为内存地址对齐        m = (uintptr_t) 1 << (n & (sizeof(uintptr_t) * 8 - 1));//bitmap中的第几个 然后移动上去        n /= (sizeof(uintptr_t) * 8);//第几个bitmap        bitmap = (uintptr_t *)                             ((uintptr_t) p & ~((uintptr_t) ngx_pagesize - 1));//对齐回去        if (bitmap[n] & m) {//确实标记使用了            if (page->next == NULL) {//代表已经用完 参考分配                slots = (ngx_slab_page_t *)                                   ((u_char *) pool + sizeof(ngx_slab_pool_t));                slot = shift - pool->min_shift;//找到是哪个solt                page->next = slots[slot].next;//连接到使用上去                slots[slot].next = page;// 维护当前使用的到next                page->prev = (uintptr_t) &slots[slot] | NGX_SLAB_SMALL;                page->next->prev = (uintptr_t) page | NGX_SLAB_SMALL;            }            bitmap[n] &= ~m;//去掉使用标志            n = (1 << (ngx_pagesize_shift - shift)) / 8 / (1 << shift);//也是用了多少个shift            if (n == 0) {                n = 1;            }            if (bitmap[0] & ~(((uintptr_t) 1 << n) - 1)) {//除开保存bitmap信息的 其他信息还有没                goto done;            }            map = (1 << (ngx_pagesize_shift - shift)) / (sizeof(uintptr_t) * 8);//bitmap 个数            for (n = 1; n < map; n++) {//判断还在用么                if (bitmap[n]) {                    goto done;                }            }            ngx_slab_free_pages(pool, page, 1);//没用就释放            goto done;        }        goto chunk_already_free;    case NGX_SLAB_EXACT:        m = (uintptr_t) 1 <<                (((uintptr_t) p & (ngx_pagesize - 1)) >> ngx_slab_exact_shift);        size = ngx_slab_exact_size;        if ((uintptr_t) p & (size - 1)) {            goto wrong_chunk;        }        if (slab & m) {//确实用了            if (slab == NGX_SLAB_BUSY) {//原来已经满了                slots = (ngx_slab_page_t *)                                   ((u_char *) pool + sizeof(ngx_slab_pool_t));                slot = ngx_slab_exact_shift - pool->min_shift;                page->next = slots[slot].next;                slots[slot].next = page;                page->prev = (uintptr_t) &slots[slot] | NGX_SLAB_EXACT;                page->next->prev = (uintptr_t) page | NGX_SLAB_EXACT;            }            page->slab &= ~m;//释放掉            if (page->slab) {                goto done;            }            //没用了            ngx_slab_free_pages(pool, page, 1);            goto done;        }        goto chunk_already_free;    case NGX_SLAB_BIG:        shift = slab & NGX_SLAB_SHIFT_MASK;        size = 1 << shift;        if ((uintptr_t) p & (size - 1)) {            goto wrong_chunk;        }        m = (uintptr_t) 1 << ((((uintptr_t) p & (ngx_pagesize - 1)) >> shift)                              + NGX_SLAB_MAP_SHIFT);        if (slab & m) {            if (page->next == NULL) {//满了                slots = (ngx_slab_page_t *)                                   ((u_char *) pool + sizeof(ngx_slab_pool_t));                slot = shift - pool->min_shift;                page->next = slots[slot].next;                slots[slot].next = page;                page->prev = (uintptr_t) &slots[slot] | NGX_SLAB_BIG;                page->next->prev = (uintptr_t) page | NGX_SLAB_BIG;            }            page->slab &= ~m;            if (page->slab & NGX_SLAB_MAP_MASK) {                goto done;            }            //释放            ngx_slab_free_pages(pool, page, 1);            goto done;        }        goto chunk_already_free;    case NGX_SLAB_PAGE:        if ((uintptr_t) p & (ngx_pagesize - 1)) {            goto wrong_chunk;        }        if (slab == NGX_SLAB_PAGE_FREE) {//看下类型            ngx_slab_error(pool, NGX_LOG_ALERT,                           "ngx_slab_free(): page is already free");            goto fail;        }        if (slab == NGX_SLAB_PAGE_BUSY) {            ngx_slab_error(pool, NGX_LOG_ALERT,                           "ngx_slab_free(): pointer to wrong page");            goto fail;        }        n = ((u_char *) p - pool->start) >> ngx_pagesize_shift;//找到是那个page        size = slab & ~NGX_SLAB_PAGE_START;//找出size        ngx_slab_free_pages(pool, &pool->pages[n], size);//释放内存        ngx_slab_junk(p, size << ngx_pagesize_shift);        return;    }    /* not reached */    return;done:    ngx_slab_junk(p, size);    return;wrong_chunk:    ngx_slab_error(pool, NGX_LOG_ALERT,                   "ngx_slab_free(): pointer to wrong chunk");    goto fail;chunk_already_free:    ngx_slab_error(pool, NGX_LOG_ALERT,                   "ngx_slab_free(): chunk is already free");fail:    return;}

释放的过程：
1. 肯定看你是不是我分配的卅，就是看内存地址在不在我的区间。
2. 根据地址，找到你是属于哪一个page的
3. 通过ngx_slab_page_t里面保存的信息获取page的类型。
4. 进行指针校验，看下不是符合分配规则
5. 然后根据类型释放。

对于小内存的释放流程，都是找到solt 然后 看下到底这个内存有没有被分配，有被分配的话，分配标志去掉。然后看下这个内存是不是全部没分配了，要是全部都没人用了就释放page.

page的释放，就是把原来page的上下文信息干掉，然后把这个page假如free节点。

其实slab也是蛮简单的，主要是对于分配类型的选择，和对分配信息的保存。