nginx 源码学习笔记（七）——内存分配相关源码分析

内存分配相关

1.系统功能封装

内存相关的操作主要在os/unix/ngx_alloc.{h,c} 和 core/ngx_palloc.{h,c}中。

其中os/unix/ngx_alloc.{h,c}封装了最基本的内存分配函数，是对c原有的malloc/free/memalign等函数的封装，对应函数为：

a.ngx_alloc：对malloc进行了简单的封装；

void *
ngx_alloc(size_t size, ngx_log_t *log)
{
    void  *p;
    p = malloc(size);
    if (p == NULL) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno,
                      "malloc(%uz) failed", size);    }
    ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, log, 0, "malloc: %p:%uz", p, size);
    return p;
}

b.ngx_calloc：使用ngx_alloc分配内存，并且把内存赋值0：

void *
ngx_calloc(size_t size, ngx_log_t *log)
{
    void  *p;
    p = ngx_alloc(size, log);
    if (p) {
        ngx_memzero(p, size);    }在core/ngx_string.h中定义
// #define ngx_memzero(buf, n)       (void) memset(buf, 0, n) 初始化为0
    return p;
}

c. ngx_memalign 返回基于一个指定的alignment大小的数值为对齐基数的空间

d.ngx_free 内存释放操作

2. nginx内存池

为了方便系统模块对内存的使用，方便内存的管理，nginx自己是信了进程池机制来进行内存的分配和释放，首先nginx会在特定的生命周期帮你统一建立内存池，当需要进行内存分配的时候同一通过内存池中的内存进行分配，最后nginx会在适当的时候释放内存吃的资源，开发者只要在需要的时候对内存进行申请即可，不用过多考虑释放的问题，这也就是在os/unix/ngx_alloc.c文件中没有看到free操作的原因吧。

下面来看一下内存池的主要结构：

<span style="font-size: 16px;">ngx_palloc.h
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;
};
typedef struct {
    u_char               *last;
    u_char               *end;
    ngx_pool_t           *next;
    ngx_uint_t            failed;
} ngx_pool_data_t;

ngx_core.h
typedef struct ngx_pool_s        ngx_pool_t;
typedef struct ngx_chain_s       ngx_chain_t;
</span>

下面是几个比较重要的操作

<span style="font-size: 16px;">src/core/ngx_palloc.c
//创建内存池
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);  //创建对其空间
    if (p == NULL) {
        return NULL;
    }

    p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);    //初始指向ngx_pool_t结构体后面
    p->d.end = (u_char *) p + size;                   //整个结构体的结尾
    p->d.next = NULL;                                 //没有next
    p->d.failed = 0;

    size = size - sizeof(ngx_pool_t);    //剩余大小
p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;//最大不超过NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL
//#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL  (ngx_pagesize - 1)

    p->current = p;
    p->chain = NULL;
    p->large = NULL;
    p->cleanup = NULL;
    p->log = log;

    return p;
}

//销毁内存池
void
ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool)
{
    ngx_pool_t          *p, *n;
    ngx_pool_large_t    *l;
    ngx_pool_cleanup_t  *c;

    for (c = pool->cleanup; c; c = c->next) {//如果注册了clenup(一种链表结构)，会依次调用clenup的handler进行清理
        if (c->handler) {
            ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,
                           "run cleanup: %p", c);
            c->handler(c->data);
        }
    }

    for (l = pool->large; l; l = l->next) { //遍历链表，释放所有large内存

        ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0, "free: %p", l->alloc);

        if (l->alloc) {
            ngx_free(l->alloc);
        }
    }

#if (NGX_DEBUG)  //等译debug级别，如果为true，会打印日志

    /*
     * we could allocate the pool->log from this pool
     * so we cannot use this log while free()ing the pool
     */

    for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {
        ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,
                       "free: %p, unused: %uz", p, p->d.end - p->d.last);

        if (n == NULL) {
            break;
        }
    }

#endif

    for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {//遍历链表 ，释放内存空间
        ngx_free(p);

        if (n == NULL) {
            break;
        }
    }
}

//重置内存池
void
ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool)
{
    ngx_pool_t        *p;
    ngx_pool_large_t  *l;

    for (l = pool->large; l; l = l->next) { //释放掉所有large段内存
        if (l->alloc) {
            ngx_free(l->alloc);
        }
    }

    pool->large = NULL;

    for (p = pool; p; p = p->d.next) {
        p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);将指针重新指向ngx_pool_t(和创建时一样)
    }
}

//从内存池里分配内存
void * ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
void * ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
void * ngx_pmemalign(ngx_pool_t *pool, size_t size, size_t alignment)
void * ngx_pcalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)

这里以ngx_palloc为例讲解，其他大同小异：
void *
ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
    u_char      *m;
    ngx_pool_t  *p;
    if (size <= pool->max) { //判断分配内存是否大于pool->max，如果小于等于
        p = pool->current; //尝试从链表的current开始遍历，
        do {
            m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);
//#define ngx_align_ptr(p,a)  
//(u_char *) (((uintptr_t) (p) + ((uintptr_t) a - 1)) & ~((uintptr_t) a - 1))

            if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {   //当找到可以分配的空间时
                p->d.last = m + size;
                return m;                   //分配内存后返回
            }
            p = p->d.next;
        } while (p);
        return ngx_palloc_block(pool, size);//如果无法分配内存，就生成一个新的节点，同时pool->current指针指向新的位置
    }
    return ngx_palloc_large(pool, size);  //如果分配的内存大于pool->max则在large链表分配一段内存
}

//释放指定的内存
ngx_int_t
ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p){
    ngx_pool_large_t  *l;
    for (l = pool->large; l; l = l->next) {
        if (p == l->alloc) {        //存在alloc注册
            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;
}//由代码可以看出，这个操作只有在内存large链表里面注册内存才会真正释放，如果分配的是普通的内存，则会在destory_pool的时候统一释放。

//注册cleanup回调函数
ngx_pool_cleanup_t *
ngx_pool_cleanup_add(ngx_pool_t *p, size_t size)
{
    ngx_pool_cleanup_t  *c;
    c = ngx_palloc(p, sizeof(ngx_pool_cleanup_t));  //分配cleanup空间
    if (c == NULL) {
        return NULL;
    }
    if (size) {
        c->data = ngx_palloc(p, size);         //为cleanup结构体分配data空间
        if (c->data == NULL) {
            return NULL;
        }
    } else {
        c->data = NULL;
    }
    c->handler = NULL;
    c->next = p->cleanup;
    p->cleanup = c;               // 增加cleanup
    ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, p->log, 0, "add cleanup: %p", c);
    return c;                    //返回结构体分配的空间
}</span>