Nginx 内存池管理

主要涉及的两个文件为ngx_palloc ngx_alloc
Nginx内存池的设计十分巧妙， 可以研究一下， 以后再写代码的时候可以用上。其具体分配的每个内存块的结构如下图。那么怎么构造出这样的结构呢？ 看下下面的数据结构再说。

它有两个最为重要的数据结构，如下：
其中ngx_pool_s即所谓的内存池， 他数据的具体细节可以参考注释：

typedef struct {    u_char               *last;//表示当前可以写的位置，当这个ngx_pool_s（即内存块）被用尽了，则end == last    u_char               *end; //表示这个当前内存块最后的位置    ngx_pool_t           *next;//用来寻找下个内存块，当这是最后一个内存块，则next == NULL    ngx_uint_t            failed;// 意义不大的参数，可以忽略} ngx_pool_data_t;struct ngx_pool_s {    ngx_pool_data_t       d; //d的数据结构如上，用来找当前可以写的位置，    size_t                max;//表示当前内存最大能分配到多大    ngx_pool_t           *current;// 用来表示当前内存块访问到哪个了    ngx_chain_t          *chain;// 与基本内存无关，后面阐述，    ngx_pool_large_t     *large;// 是个链表，存储large的内存    ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;// 与基本内存无关，后面阐述，};

可能对上述的数据结构还不太了解，那么就从如何创建ngx_pool_s这个结构体的变量和创建的过程来说吧。

 ngx_pool_t *pool = ngx_create_pool(1024, log);

看如下代码， 只有第一个参数1024管用，后面的log可以忽略，表示创建一个每个内存块size为1024的。
至于创建的过程看下述代码，细节如下

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);//分配内存为size大小的空间，并且将void *转为ngx_pool_t *，这样这块内存空间的头被ngx_pool_t占用，    if (p == NULL) {        return NULL;    }    p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);//现在pool指向的地址更新，注意要避过ngx_pool_t的头    p->d.end = (u_char *) p + size;// 现在pool的地址空间的尾地址    p->d.next = NULL;//因为刚申请create pool后面没有后续的空间，所以为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;//当后面如果要从pool内申请的空间小于p->max就分配小空间，即本文所述，    p->current = p;// 更新pool指向哪个内存块    p->chain = NULL;    p->large = NULL;    p->cleanup = NULL;    p->log = log;    return p;}

那么如何从pool内申请内存呢？
由下述三个函数完成。第一个函数前面已经讲了，没啥特别的，第二第三个函数细节请看注释吧

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);}

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;//找到当前pool的最后的地址        if (align) {            m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT);//align 一下指针，让它是NGX_ALIGNMENT的倍数        }        if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {        //判断当前pool剩余空间是不是满足，        //如果满足，就更新pool当前指向的地址，并且返回这块地址，            p->d.last = m + size;            return m;        }//如果找不到，找下一块pool        p = p->d.next;    } while (p);//直到最后一个pool    return ngx_palloc_block(pool, size);    //最后还是没找到， 就ngx_palloc_block（pool, size）}

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);//计算每次pool该分配的大小，即size    m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log);// 分配内存，且align一下指针，让它是NGX_POOL_ALIGNMENT的倍数    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;//更新一下现在内存指到哪了？    for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) {        if (p->d.failed++ > 4) {            pool->current = p->d.next;//如果当前p->d.failed++就更新一下pool->current 变成它的next，下次找内存就从这边还是寻找。        }    }    p->d.next = new;//把新分配的pool挂在后面    return m;}

前面说了 alloc small的内存，但是没有说大的内存，说说alloc large的内存吧

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);// 先分配size大小的空间    if (p == NULL) {        return NULL;    }    n = 0;//可以    for (large = pool->large; large; large = large->next) {        if (large->alloc == NULL) {            large->alloc = p;            return p;        }        if (n++ > 3) {            break;        }    }    large = ngx_palloc_small(pool, sizeof(ngx_pool_large_t), 1);    //从小内存中找到ngx_pool_large_t空间大小存储large指针    if (large == NULL) {        ngx_free(p);        return NULL;    }    large->alloc = p;//在链表最后插入large    large->next = pool->large;    pool->large = large;    return p;}

最后内存的free就比较简单了，不过值得注意的是，小内存的话就不free的，只free large的。
它变量pool->large的链表，逐一释放。如下，没有细节

ngx_int_tngx_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;}

最后是当程序退出时，destroy pool，也很简单，就是遍历large链表，free
根据pool_.d.next 遍历pool，释放p就可以了。

  for (l = pool->large; l; l = l->next) {        if (l->alloc) {            ngx_free(l->alloc);        }    }    for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {        ngx_free(p);        if (n == NULL) {            break;        }    }

那么来说说这个ngx的内存管理的原则是，
它分而治之，小块内存和大块内存采取不同的策略
对于小块内存，不频繁清理，这样可以节省free和malloc的时间，且不容易造成内存碎片，但是程序耗费的内存可能会增大，
大块内存可以及时清理，用链表维系，不易内存泄漏