nginx的内存池及内存管理

nginx对内存的管理是由自己实现的内存池结构ngx_pool_t来完成，本文主要讲nginx的内存管理。

nginx对内存管理涉及到四个文件：src/core/ngx_palloc.h、src/core/ngx_palloc.c、src/os/unix/ngx_alloc.c、src/os/unix/ngx_alloc.h

ngx_alloc.h和ngx_alloc.c文件主要是对malloc、calloc、free、posix_memalign和memalign的封装，分别被封装为ngx_alloc、ngx_calloc、ngx_free和ngx_memalign

ngx_alloc：封装malloc分配内存

ngx_calloc：封装malloc分配内存，并初始化为0

ngx_memalign：返回基于alignment对齐的大小为size的内存空间，即地址为alignment的整数倍，也是2的幂

ngx_palloc.c文件中主要是对内存池的创建及销毁，从内存池中分配内存。

内存池结构

nginx对内存的管理统一完成，在nginx启动时，分配的是1024B大小的内存池，需要内存时从内存池中分配内存，在适当的时候释放内存池的内存（如关闭http连接时调用ngx_destroy_pool）。nginx中内存池结构定义为ngx_pool_t，其内存池结构如下。

typedef struct {u_char*last;//内存池中的内存分配到此处，也是下一次分开始位置u_char*end; //内存池的结束地址ngx_pool_t *next;//指向下一块内存，也可以称为内存池ngx_uint_t failed;//分配失败的次数} ngx_pool_data_t;//内存池中数据的信息struct ngx_pool_s {ngx_pool_data_t d;//内存池中的数据块size_tmax; //内存池中用于存放数据的容量ngx_pool_t *current; //指向当前内存池ngx_chain_t*chain; //指向下一个ngx_chain_t结构ngx_pool_large_t*large; //大块内存链表，即内存大小大于maxngx_pool_cleanup_t *cleanup; //释放内存池的回调ngx_log_t *log;//日志信息};

像还有其它一些结构，如清除操作、大块数据链表，如下

#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL (ngx_pagesize - 1)#define NGX_DEFAULT_POOL_SIZE (16 * 1024)#define NGX_POOL_ALIGNMENT 16#define NGX_MIN_POOL_SIZE \ngx_align((sizeof(ngx_pool_t) + 2 * sizeof(ngx_pool_large_t)), \NGX_POOL_ALIGNMENT)typedef void (*ngx_pool_cleanup_pt)(void *data); //清除操作的回调typedef struct ngx_pool_cleanup_s ngx_pool_cleanup_t;struct ngx_pool_cleanup_s {ngx_pool_cleanup_pt handler;void *data;ngx_pool_cleanup_t *next;};typedef struct ngx_pool_large_s ngx_pool_large_t;struct ngx_pool_large_s {ngx_pool_large_t*next; //指向下一个大块内存void *alloc; //指向分配的大块内存};

内存池操作

1、内存池创建

创建内存池由函数ngx_create_pool来完成。代码如下

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);if (p == NULL) {return NULL;}p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);//指向ngx_pool_t结构之后，也以下次内存分配的开始p->d.end = (u_char *) p + size;//指向内存池的结束位置p->d.next = NULL;p->d.failed = 0;size = size - sizeof(ngx_pool_t);//指定的分配大小减去ngx_pool_t结构体的大小(40B)p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL; //最大不会超过4095p->current = p;p->chain = NULL;p->large = NULL;p->cleanup = NULL;p->log = log;return p;}

2、内存池销毁

销毁内存池由函数ngx_destroy_pool完成。

遍历cleanup链表，如果有回调函数，就回调处理；遍历large大内存链表，释放分配的大块内存；遍历数据块的链表，将分配的小块内存释放。

3、内存池重置

重置由函数ngx_reset_pool完成。

释放large链表的大块内存，将数据块的last指针置为ngx_pool_t后，与创建时的位置相同。

4、分配内存

分配内存的函数有四个

void *ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)

void *ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)

void *ngx_pcalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)

void *ngx_pmemalign(ngx_pool_t *pool, size_t size, size_t alignment)

ngx_palloc代码分析如下

void *ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size){u_char*m;ngx_pool_t *p;//分配的大小不大于内存池的容量if (size <= pool->max) {p = pool->current;do {m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT); //将下一次分配的地址NGX_ALIGNMENT对齐//内存池中的剩余大小可以装下sizeif ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {p->d.last = m + size;return m;}p = p->d.next;} while (p);//在已有的内存池中没有找到可以分配size大小的空间，就再申请一个内存块。return ngx_palloc_block(pool, size);}//分配的大小大于内存池的容量，就大块内存分配return ngx_palloc_large(pool, size);}

ngx_palloc_block函数分析如下

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); //计算内存池的大小 m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log); //分配一个与内存池一样大小的内存块if (m == NULL) {return NULL;}new = (ngx_pool_t *) m;new->d.end = m + psize;//与创建内存池一样，设置内存块的结束位置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; //设置当前内存块的使用到的位置，即下一次分配内存的开始for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) {if (p->d.failed++ > 4) {pool->current = p->d.next;//设置内存池的current指针}}p->d.next = new;return m;}

注意：该函数分配一块内存后，last指针指向的是ngx_pool_data_t结构体(16B）之后数据区的起始位置，而创建内存池， 指向的是ngx_pool_t结构体之后数据区的起始位置。

5、释放内存

ngx_int_t ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p)

该函数只是释放large链表中分配的内存。

6、注册cleanup

由函数ngx_pool_cleanup_t *ngx_pool_cleanup_add(ngx_pool_t *p, size_t size)完成。