深入redis内部--内存管理

1. Redis内存管理通过在zmalloc.h和zmalloc.c中重写c语言对内存的管理来完成的。

redis内存管理	c内存管理	原型	作用
zmalloc	malloc	void *malloc(unsigned int num_bytes);	分配一块指定大小的内存区域，并返回指向该区域头部的指针，分配失败则返回NULL
zcalloc	calloc	void *calloc(unsigned n, unsigned size)；	在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针；如果分配不成功，返回NULL。
zrealloc	realloc	oid *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);	先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大mem_address指向的地址，并且将mem_address返回，如果空间不够，先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来mem_address所指内存区域（注意：原来指针是自动释放，不需要使用free），同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。
zfree	free	void free(void *ptr)	释放ptr指向的存储空间。被释放的空间通常被送入可用存储区池，以后可在调用malloc、realloc以及calloc函数来再分配。

封装就是为了屏蔽底层平台的差异，同时方便自己实现相关的统计函数。

定义平台之间的差异，主要是tcmalloc（google）、jemalloc（facebook）、苹果平台。

具体来说就是：

• 若系统中存在Google的TC_MALLOC库，则使用tc_malloc一族函数代替原本的malloc一族函数。
• 若系统中存在facebook的JE_MALLOC库，则使用je_malloc一族函数替换原来的malloc一族函数。
• 若当前系统是Mac系统或者其它系统，则使用<malloc/malloc.h>中的内存分配函数。

/* Double expansion needed for stringification of macro values. */
#define __xstr(s) __str(s)
#define __str(s) #s

#if defined(USE_TCMALLOC)
#define ZMALLOC_LIB ("tcmalloc-" __xstr(TC_VERSION_MAJOR) "." __xstr(TC_VERSION_MINOR))
#include <google/tcmalloc.h>
#if (TC_VERSION_MAJOR == 1 && TC_VERSION_MINOR >= 6) || (TC_VERSION_MAJOR > 1)
#define HAVE_MALLOC_SIZE 1
#define zmalloc_size(p) tc_malloc_size(p)
#else
#error "Newer version of tcmalloc required"
#endif

#elif defined(USE_JEMALLOC)
#define ZMALLOC_LIB ("jemalloc-" __xstr(JEMALLOC_VERSION_MAJOR) "." __xstr(JEMALLOC_VERSION_MINOR) "." __xstr(JEMALLOC_VERSION_BUGFIX))
#include <jemalloc/jemalloc.h>
#if (JEMALLOC_VERSION_MAJOR == 2 && JEMALLOC_VERSION_MINOR >= 1) || (JEMALLOC_VERSION_MAJOR > 2)
#define HAVE_MALLOC_SIZE 1
#define zmalloc_size(p) je_malloc_usable_size(p)
#else
#error "Newer version of jemalloc required"
#endif

#elif defined(__APPLE__)
#include <malloc/malloc.h>
#define HAVE_MALLOC_SIZE 1
#define zmalloc_size(p) malloc_size(p)
#endif

具体如下：

/* Explicitly override malloc/free etc when using tcmalloc. */
#if defined(USE_TCMALLOC)
#define malloc(size) tc_malloc(size)
#define calloc(count,size) tc_calloc(count,size)
#define realloc(ptr,size) tc_realloc(ptr,size)
#define free(ptr) tc_free(ptr)
#elif defined(USE_JEMALLOC)
#define malloc(size) je_malloc(size)
#define calloc(count,size) je_calloc(count,size)
#define realloc(ptr,size) je_realloc(ptr,size)
#define free(ptr) je_free(ptr)
#endif

#ifdef HAVE_ATOMIC
#define update_zmalloc_stat_add(__n) __sync_add_and_fetch(&used_memory, (__n))
#define update_zmalloc_stat_sub(__n) __sync_sub_and_fetch(&used_memory, (__n))
#else
#define update_zmalloc_stat_add(__n) do { 
    pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex); 
    used_memory += (__n); 
    pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex); 
} while(0)

#define update_zmalloc_stat_sub(__n) do { 
    pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex); 
    used_memory -= (__n); 
    pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex); 
} while(0)

#endif

说明：

Both libraries try to de-contention memory acquire by having threads pick the memory from different caches, but they have different strategies:

• jemalloc (used by Facebook) maintains a cache per thread
• tcmalloc (from Google) maintains a pool of caches, and threads develop a "natural" affinity for a cache, but may change

This led, once again if I remember correctly, to an important difference in term of thread management.

• jemalloc is faster if threads are static, for example using pools
• tcmalloc is faster when threads are created/destructed

1.1 zmalloc实现      

void *zmalloc(size_t size) {
    void *ptr = malloc(size+PREFIX_SIZE);

    if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size); //如果没有发生内存溢出，则使用的分配方式static void (*zmalloc_oom_handler)(size_t) = zmalloc_default_oom;
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE                  //HAVE_MALLOC_SIZE用来确定系统是否有函数malloc_size,定义如上所示。
    update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr)); //更新分配内存的状态。处理线程安全和线程不安全
    return ptr;
#else
    *((size_t*)ptr) = size;
    update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE);
    return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;
#endif
}

#define update_zmalloc_stat_alloc(__n) do { 
    size_t _n = (__n); 
    if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1)); 
    if (zmalloc_thread_safe) { 
        update_zmalloc_stat_add(_n); 
    } else { 
        used_memory += _n; 
    } 
} while(0)

#ifdef HAVE_ATOMIC
#define update_zmalloc_stat_add(__n) __sync_add_and_fetch(&used_memory, (__n))
#define update_zmalloc_stat_sub(__n) __sync_sub_and_fetch(&used_memory, (__n))
#else
#define update_zmalloc_stat_add(__n) do { 
    pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex); 
    used_memory += (__n); 
    pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex); 
} while(0)

#define update_zmalloc_stat_sub(__n) do { 
    pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex); 
    used_memory -= (__n); 
    pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex); 
} while(0)

#endif

说明

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

当pthread_mutex_lock()返回时，该互斥锁已被锁定。线程调用该函数让互斥锁上锁，如果该互斥锁已被另一个线程锁定和拥有，则调用该线程将阻塞，直到该互斥锁变为可用为止。

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);和上面的函数为一对。

其它函数的实现类似。