nginx——内存池篇
一、内存池概述
内存池是在真正使用内存之前，预先申请分配一定数量的、大小相等(一般情况下)的内存块留作备用。当有新的内存需求时，就从内存池中分出一部分内存块，若内存块不够再继续申请新的内存。
内存池的好处有减少向系统申请和释放内存的时间开销，解决内存频繁分配产生的碎片，提示程序性能，减少程序员在编写代码中对内存的关注等
一些常见的内存池实现方案有STL中的内存分配区，boost中的object_pool,nginx中的ngx_pool_t,google的开源项目TCMalloc等
二、nginx内存池综述
nginx为tcp连接，http请求，模块都分配了一个内存池，在结束的时候会摧毁整个内存池，把分配的内存一次性归还给操作系统。
在分配的内存上，nginx有小块内存和大块内存的概念，小块内存 nginx在分配的时候会尝试在当前的内存池节点中分配，而大块内存会调用系统函数malloc向操作系统申请
在释放内存的时候，nginx没有专门提供针对释放小块内存的函数，小块内存会在ngx_destory_pool 和 ngx_reset_pool的时候一并释放
区分小块内存和大块内存的原因有2个，
1、针对大块内存 如果它的生命周期远远短于所属的内存池，那么提供一个单独的释放函数是十分有意义的，但不区分大块内存和小块内存，针对大的内存块 便会无法提前释放了
2、大块内存与小块内存的界限是一页内存（p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL，宏NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL通过调用getpagesize活动），大于一页的内存在物理上不一定是连续的
所以如果分配的内存大于一页的话，从内存池中使用，和向操作系统重新申请效率是差不多的
nginx内存池提供的函数主要有以下几个
三、nginx内存池详解
nginx使用了ngx_pool_s用于表示整个内存池对象,ngx_pool_data_t表示单个内存池节点的分配信息，ngx_pool_large_s表示大块内存
他们的结构和含义如下
struct ngx_pool_large_s {
ngx_pool_large_t *next;
void *alloc;
};
next:指向下一个大块内存
alloc：指向分配的大块内存
struct ngx_pool_s {
ngx_pool_data_t d;
size_t max;
ngx_pool_t *current;
ngx_chain_t *chain;
ngx_pool_large_t *large;
ngx_pool_cleanup_t *cleanup;
ngx_log_t *log;
};
d:内存池的节点的数据分配情况
max:内存池大小的最大值
current:指向当前的内存池节点
chain：指向一个ngx_chain_t结构
large：指向大块内存链表
cleanup:释放内存池的callback
log：用于输出日志
typedef struct {
u_char *last;
u_char *end;
ngx_pool_t *next;
ngx_uint_t failed;
} ngx_pool_data_t;
last:当前内存池已分配的末位地址，下一次分配会尝试从此开始
end：内存池节点的结束位置
next：next指向下一块内存池节点
failed:当前内存池节点分配失败次数
nginx 内存池示意图1
在分配内存的时候，nginx会判断当前要分配的内存是小块内存还是大块内存，大块内存调用ngx_palloc_large进行分配，小块内存，nginx先会尝试从内存池的当前节点(p->current)中分配，如果内存池当前节点的剩余空间不足，nginx会调用ngx_palloc_block新创建一个内存池节点并从中分配，
如果内存池当前节点的分配失败次数已经大于等于6次（p->d.failed++ > 4）,则将当前内存池节点前移一个
(这里有个需要注意的地方，当当前内存节点的剩余空间不够分配时，nginx会重新创建一个ngx_pool_t对象，并且将pool.d->next指向新的ngx_pool_t,新分配的ngx_pool_t对象只用到了ngx_pool_data_t区域，并没有头部信息，头部信息部分已经被当做内存分配区域了)
ngx_palloc代码
nginx 内存池示意图2(新建了一个内存池节点和分配了2个大块内存，其中一个已经释放)
四、示例代码
这里是直接替换了原有nginx代码的main函数 (src/core/nginx.c)
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void print_pool(ngx_pool_t *pool){ if (pool->large != NULL) { printf("has large memory
"); for(ngx_pool_large_t* i = pool->large; i!=NULL; i = i->next) { printf(" large next=0x%x
", i->next); printf(" large alloc=0x%x
", i->alloc); } } int i=1; while(pool) { printf("pool=0x%x,index:%d
", pool, i++); printf(" last=0x%x
", (pool->d).last); printf(" end=0x%x
",(pool->d).end); printf(" next=0x%x
",(pool->d).next); printf(" failed=%d
",pool->d.failed); printf(" max=%d
",pool->max); printf(" current=0x%x
",pool->current); printf(" chain=0x%x
",pool->chain); printf(" large=0x%x
",pool->large); printf(" cleanup=0x%x
",pool->cleanup); printf(" log=0x%x
",pool->log); printf(" available pool memory=%d
", pool->d.end-pool->d.last); printf("
"); pool=pool->d.next; }} |
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void print_array(int *a,int size){ for(int i=0; i<size; i++) |
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printf(“%d”, a[i]); |
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} |
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printf(“
”); |
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} |
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int main() |
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{ ngx_pool_t *pool; int array_size = 128; int array_size_large = 1024; int page_size = getpagesize(); printf("page_size:%d
", page_size); printf("----------------------------
"); printf("create a new pool"); pool = ngx_create_pool(1024, NULL); print_pool(pool); printf("----------------------------
"); printf("alloc block 1 from the pool:
"); int *a1 = ngx_palloc(pool, sizeof(int) * array_size); for (int i=0; i< array_size; i++) { a1[i] = i+1; } print_pool(pool); printf("----------------------------
"); printf("alloc block 2 from the pool:
"); int *a2 = ngx_palloc(pool, sizeof(int) * array_size); for (int i=0; i< array_size; i++) { a2[i] = 12345678; } print_pool(pool); printf("----------------------------
"); printf("alloc large memory:
"); int * a3 = ngx_palloc(pool, sizeof(int) * array_size_large); for (int i=0; i< array_size_large; i++) { a3[i] = i+1; } print_pool(pool); print_array(a1,array_size); print_array(a2,array_size); print_array(a3,array_size_large); ngx_destroy_pool(pool); return 0;} |
运行结果:
通过红框可以看到ngx_pool_t中只有第一个内存池节点的头部信息是有意义的，后续调用ngx_palloc_block创建的节点的头部信息都已经被数据覆盖。