Redis源码系列——内存管理
函数原型 src/zmalloc.h
函数指针与void*指针的使用，提供了一个泛型的机制
/*stringfication*/
#define __xstr(s) __str(s)
#define __str(s) #s
/*prototypes*/
void *zmalloc(size_t size);
void *zcalloc(size_t size);
void *zrealloc(void *ptr, size_t size);
void zfree(void *ptr);
char *zstrdup(const char *s);
size_t zmalloc_used_memory(void);
void zmalloc_enable_thread_safeness(void);
void zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t));
float zmalloc_get_fragmentation_ratio(size_t rss);
size_t zmalloc_get_rss(void);
#ifndef HAVE_MALLOC_SIZE
size_t zmalloc_size(void *ptr);
#endif
函数实现src/zmalloc.c
几个全局静态量
/*已经使用的内存*/
static size_t used_memory = 0;
/*线程安全标志 全局静态变量*/
static int zmalloc_thread_safe = 0;
/*锁*/
pthread_mutex_t used_memory_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
1.zlic_free
提供原始的libc内存free函数，在包含zmalloc.h之前定义.
/* This function provide us access to the original libc free(). This is useful
* for instance to free results obtained by backtrace_symbols(). We need
* to define this function before including zmalloc.h that may shadow the
* free implementation if we use jemalloc or another non standard allocator. */
void zlibc_free(void *ptr) {
free(ptr);
}
2.PREFIX_SIZE
根据机器的不同,定义为一个字长大小
#if defined(__sun) || defined(__sparc) || defined(__sparc__)
#define PREFIX_SIZE (sizeof(long long))
#else
#define PREFIX_SIZE (sizeof(size_t))
3.zmalloc
redis的内存申请函数,内部用malloc函数实现.
/*
* zmalloc ， zcalloc ，zrealloc
* 都申请了多一个PREFIX_SZIE 的内存大小，并与字长对齐
*/
void *zmalloc(size_t size) {
/*size 为实际需要的大小
* PREFIX_SIZE 为预编译宏：根据机器而定,用于存储size的值*/
void *ptr = malloc(size+PREFIX_SIZE);
/*错误处理:调用函数default_oom*/
if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr));
return ptr;
#else
/*分配内存的第一个字长放上 size的值*/
*((size_t*)ptr) = size;
/*更新已经使用的内存大小全局量*/
update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE);
/*向右偏移PREFIX_SIZE 此时指针指向的空间的大小就是size*/
// +--------------+-----------------+
// | PREFIX_SIZE | size |
// +--------------+-----------------+
// ^ ^
// | |
// ptr (char*)ptr+PREFIX_SIZE
// 也是返回的指针指向的地址
return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;
#endif
}
关于错误处理的函数,zmalloc_oom_handler实际为一函数指针
/*错误处理,并退出*/
static void zmalloc_default_oom(size_t size) {
fprintf(stderr, "zmalloc: Out of memory trying to allocate %zu bytes
",
size);
fflush(stderr);
abort();
}
/*函数指针*/
static void (*zmalloc_oom_handler)(size_t) = zmalloc_default_oom;
其值,指向默认的oom(out of memory)处理函数.
至于维护内存大小全局变量的update_zmalloc_stat_alloc则为一个宏函数,其实现如下:
/*使得变量used_memory精确的维护实际分配的内存*/
#define update_zmalloc_stat_alloc(__n) do {
/*转为size_t*/
size_t _n = (__n);
/*
* 判断是否与字长对齐，对于64位机器，内存是否与8对齐
* 不对齐就加上一定的偏移量使之对齐
*/
if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1));
/*是否需要保证线程安全*/
if (zmalloc_thread_safe) {
update_zmalloc_stat_add(_n);
} else {
used_memory += _n;
}
} while(0)
这里有几个地方值得注意:
-
宏中使用的
do{...}while(0)技巧 -
判断是否对其的位运算操作, 与取模运算一致
[a \%(2^n)=a&(2^n-1) ] -
是否需要线程安全的实现方式,如果需要就调用
update_zmalloc_stat_add,不然就直接增加used_memory
线程安全方法中用到的宏,实现如下:
#ifdef HAVE_ATOMIC
#define update_zmalloc_stat_add(__n) __sync_add_and_fetch(&used_memory, (__n))
#else
/*
* 线程安全方法更新，使用互斥锁(mutex)保证线程安全
* 由update_zmalloc_stat_alloc调用
* 先加锁,然后更新最后再解锁
*/
#define update_zmalloc_stat_add(__n) do {
pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);
/*线程安全*/
used_memory += (__n);
pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);
} while(0)
#endif
此处用到的互斥锁等,均源自POSIX多线程,即pthread.h
既然在allocation的时候有这样一套机制,那么在free的时候会有对应的宏来维护内存大小量.
#define update_zmalloc_stat_sub(__n) do {
pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);
used_memory -= (__n);
pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);
} while(0)
#define update_zmalloc_stat_free(__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_sub(_n);
} else {
used_memory -= _n;
}
} while(0)
对应着看,应该很好理解.
4.zcalloc
内部调用calloc实现
void *zcalloc(size_t size) {
/*
* calloc是线程安全函数
* 分配的内存大小为 num*size
* 并初始化为0
*/
void *ptr = calloc(1, size+PREFIX_SIZE);
if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr));
return ptr;
#else
*((size_t*)ptr) = size;
update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE);
return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;
#endif
}
5.zrealloc
在此之前,先看看realloc函数
重新(扩大)分配内存函数,内部调用realloc函数
/*重新分配内存*/
void *zrealloc(void *ptr, size_t size) {
#ifndef HAVE_MALLOC_SIZE
void *realptr;
#endif
size_t oldsize;
void *newptr;
/*重新申请一块内存并返回*/
if (ptr == NULL) return zmalloc(size);
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
oldsize = zmalloc_size(ptr);
/*calloc重新申请内存*/
newptr = realloc(ptr,size);
if (!newptr) zmalloc_oom_handler(size);
/*free原来的内存*/
update_zmalloc_stat_free(oldsize);
/*更新全局量 used_memory*/
update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(newptr));
return newptr;
#else
/*向前PREFIX_SIZE*/
realptr = (char*)ptr-PREFIX_SIZE;
/*原来内存的大小*/
oldsize = *((size_t*)realptr);
/*重新申请内存*/
newptr = realloc(realptr,size+PREFIX_SIZE);
if (!newptr) zmalloc_oom_handler(size);
/*存储size*/
*((size_t*)newptr) = size;
/*free原来的空间*/
update_zmalloc_stat_free(oldsize);
/*更新全局量 used_memory*/
update_zmalloc_stat_alloc(size);
return (char*)newptr+PREFIX_SIZE;
#endif
}
其余部分的实现都很好理解.
6.zmalloc_size
/* Provide zmalloc_size() for systems where this function is not provided by
* malloc itself, given that in that case we store a header with this
* information as the first bytes of every allocation.
*
*/
#ifndef HAVE_MALLOC_SIZE
size_t zmalloc_size(void *ptr) {
/* malloc的内存的大小*/
/*向前偏移一个字长*/
void *realptr = (char*)ptr-PREFIX_SIZE;
/*获得大小*/
size_t size = *((size_t*)realptr);
/* Assume at least that all the allocations are padded at sizeof(long) by
* the underlying allocator. */
/*内存对齐*/
if (size&(sizeof(long)-1)) size += sizeof(long)-(size&(sizeof(long)-1));
return size+PREFIX_SIZE;
}
#endif
7.zstrdup
复制字符串函数
char *zstrdup(const char *s) {
/*多出来一个*/
size_t l = strlen(s)+1;
char *p = zmalloc(l);
memcpy(p,s,l);
return p;
}
8. zmalloc_used_memory
实现了线程安全方法
/*返回used_memory 线程安全*/
size_t zmalloc_used_memory(void) {
size_t um;
if (zmalloc_thread_safe) {
#ifdef HAVE_ATOMIC
um = __sync_add_and_fetch(&used_memory, 0);
#else
/*加锁*/
pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);
um = used_memory;
/*解锁*/
pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);
#endif
}/*保证线程安全*/
else {
um = used_memory;
}
return um;
}
9. help functions
/*
* 是否需要线程安全
* 0代表不需要
*/
void zmalloc_enable_thread_safeness(void) {
zmalloc_thread_safe = 1;
}
/* oom状态下采取的操作: out of memory
* 默认为 zmalloc_default_oom()
*/
void zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t)) {
zmalloc_oom_handler = oom_handler;
}
10.zmalloc_get_rss
返回当前进程实际驻留在内存中的大小,与操作系统相关
#if defined(HAVE_PROC_STAT)
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
size_t zmalloc_get_rss(void) {
/*sysconf为系统函数，获取页大小*/
int page = sysconf(_SC_PAGESIZE);
size_t rss;
char buf[4096];
char filename[256];
int fd, count;
char *p, *x;
/*将当前进程所对应的stat文件的绝对路径保存到filename*/
snprintf(filename,256,"/proc/%d/stat",getpid());
/*只读打开stat文件*/
if ((fd = open(filename,O_RDONLY)) == -1) return 0;
if (read(fd,buf,4096) <= 0) {
close(fd);
return 0;
}
close(fd);
/*读完信息，存到buf*/
p = buf;
count = 23; /* RSS 是 /proc/<pid>/stat 的第24个字段*/
while(p && count--) {
/*查找空格，由空格分隔字段*/
p = strchr(p,' ');
/*指向下一个字段首地址*/
if (p) p++;
}
if (!p) return 0;
x = strchr(p,' ');
if (!x) return 0;
*x = ' ';
/*string to long long*/
rss = strtoll(p,NULL,10);
/*rss获取的是内存页的页数，乘以页大小即可知*/
rss *= page;
return rss;
}
#else
size_t zmalloc_get_rss(void) {
/* If we can't get the RSS in an OS-specific way for this system just
* return the memory usage we estimated in zmalloc()..
*
* Fragmentation will appear to be always 1 (no fragmentation)
* of course...
*
* 如果不能通过操作系统来获得,就直接返回used_memory.
*/
return zmalloc_used_memory();
}
#endif
/*
* Fragmentation = RSS / allocated-bytes
* 内存碎片率
*/
float zmalloc_get_fragmentation_ratio(size_t rss) {
return (float)rss/zmalloc_used_memory();
}