目錄

• 一、簡介
• 二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 2.1 內(nèi)存池主要結(jié)構(gòu)
• 2.2 大內(nèi)存鏈
• 2.3 清理任務(wù)鏈
• 三、內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖
• 3.1 邏輯
• 3.2 實際
• 四、實現(xiàn)
• 4.1 創(chuàng)建內(nèi)存池
• 4.2 從內(nèi)存池中分配空間
• 4.3 注冊清理任務(wù)
• 4.4 重置內(nèi)存池
• 4.5 銷毀內(nèi)存池
• 4.6 大內(nèi)存釋放
• 4.7 分配并清空數(shù)據(jù)
• 4.8 回調(diào)文件清理

一、簡介

最新穩(wěn)定版本nginx1.20.2。
為了能高效、快速的分配內(nèi)存，以及減少內(nèi)存碎片等，nginx實現(xiàn)了自己的內(nèi)存池基礎(chǔ)組件。
主要實現(xiàn)文件ngx_palloc.h, ngx_palloc.c

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.1 內(nèi)存池主要結(jié)構(gòu)

typedef struct {    u_char       *last;    u_char       *end;    ngx_pool_t   *next;    ngx_uint_t    failed;} ngx_pool_data_t;struct ngx_pool_s {    ngx_pool_data_t       d;    size_tmax;    ngx_pool_t   *current;    ngx_chain_t  *chain;    ngx_pool_large_t     *large;    ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;    ngx_log_t    *log;};

內(nèi)存池中第一個成員是一個結(jié)構(gòu)體：
使用ngx_pool_data_t結(jié)構(gòu)體來表示當(dāng)前內(nèi)存池信息。
last ：下次開始分配的地址
end: 內(nèi)存池的結(jié)束地址
next: 內(nèi)存池鏈表，將多個內(nèi)存池連接起來

max
整個內(nèi)存池的最大大小

current
指向從當(dāng)前內(nèi)存池開始查找可用內(nèi)存

chain
buffer使用的，這里不涉及

large
當(dāng)需要的內(nèi)存大于內(nèi)存池最大大小時，需要通過malloc直接分配，然后形成鏈表進(jìn)行組織

cleanup
清理工作的回調(diào)鏈表

log
日志句柄

2.2 大內(nèi)存鏈

當(dāng)需要分配的內(nèi)存比內(nèi)存池的最大大小都大時，內(nèi)存池?zé)o法滿足分配，所以直接從系統(tǒng)中分配，然后構(gòu)成一個鏈表進(jìn)行維護(hù)。

typedef struct ngx_pool_large_s  ngx_pool_large_t;struct ngx_pool_large_s {    ngx_pool_large_t     *next;    void *alloc;};

2.3 清理任務(wù)鏈

有一個回調(diào)任務(wù)的鏈表，當(dāng)內(nèi)存池銷毀時，將依次遍歷此鏈表，逐一回調(diào)handler進(jìn)行清理工作。

typedef void (*ngx_pool_cleanup_pt)(void *data);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;};

三、內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖

3.1 邏輯

3.2 實際

可以看出，很多節(jié)點都是從內(nèi)存池中分配的，所以可以把精力都放在實際的數(shù)據(jù)上而不必在意其他細(xì)節(jié)上。

四、實現(xiàn)

4.1 創(chuàng)建內(nèi)存池

/* * NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL should be (ngx_pagesize - 1), i.e. 4095 on x86. * On Windows NT it decreases a number of locked pages in a kernel. */#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL  (ngx_pagesize - 1)#define NGX_DEFAULT_POOL_SIZE    (16 * 1024)

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);    p->d.end = (u_char *) p + size;    p->d.next = NULL;    p->d.failed = 0;    size = size - sizeof(ngx_pool_t);    p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;    p->current = p;    p->chain = NULL;    p->large = NULL;    p->cleanup = NULL;    p->log = log;    return p;}

從代碼中可以看到，內(nèi)存池最大不超過pagesize的大小

4.2 從內(nèi)存池中分配空間

分配函數(shù)分了內(nèi)存對齊和內(nèi)存不對齊，但這只控制了內(nèi)存池中分配空間，不控制大內(nèi)存分配。

（1）分配小空間

• 內(nèi)存對齊 ngx_palloc
• 內(nèi)存不對齊 ngx_pnalloc

void *ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size){#if !(NGX_DEBUG_PALLOC)    if (size <= pool->max) {return ngx_palloc_small(pool, size, 1);    }#endif    return ngx_palloc_large(pool, size);}

當(dāng)需要分配的空間小于max時，將使用小內(nèi)存分配方式（即從內(nèi)存池中分配空間），而ngx_pnalloc和ngx_palloc相比只是調(diào)用ngx_palloc_small時的最后一個參數(shù)為0。

從pool->current指向的內(nèi)存池開始遍歷，尋找滿足分配大小的空間，找到則返回首地址

static ngx_inline void *ngx_palloc_small(ngx_pool_t *pool, size_t size, ngx_uint_t align){    u_char      *m;    ngx_pool_t  *p;    p = pool->current;    do {m = p->d.last;if (align) {    m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT);}if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {    p->d.last = m + size;    return m;}p = p->d.next;    } while (p);    return ngx_palloc_block(pool, size);}

當(dāng)現(xiàn)有內(nèi)存池中都無法滿足分配條件時，創(chuàng)建新的內(nèi)存池

static 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);    m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log);    if (m == NULL) {return NULL;    }    new = (ngx_pool_t *) m;    new->d.end = m + psize;    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;    for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) {if (p->d.failed++ > 4) {    pool->current = p->d.next;}    }    p->d.next = new;    return m;}

其中，創(chuàng)建好新的內(nèi)存池后，又做了一次遍歷，將failed計數(shù)加一，當(dāng)大于4時，將跳過此內(nèi)存池，下次就不從它開始查找。
即認(rèn)為超過4次你都不能滿足分配，以后都不能滿足分配，不再用你了，減少遍歷個數(shù)，加快成功分配效率

（2）分配大空間

static void *ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size){    void      *p;    ngx_uint_t n;    ngx_pool_large_t  *large;    p = ngx_alloc(size, pool->log);    if (p == NULL) {return NULL;    }    n = 0;    for (large = pool->large; large; large = large->next) {if (large->alloc == NULL) {    large->alloc = p;    return p;}if (n++ > 3) {    break;}    }    large = ngx_palloc_small(pool, sizeof(ngx_pool_large_t), 1);    if (large == NULL) {ngx_free(p);return NULL;    }    large->alloc = p;    large->next = pool->large;    pool->large = large;    return p;}

可以看出，為了避免分配空間，遍歷large鏈查找可重用的節(jié)點，但是如果鏈表過大又可能太慢，所以只查找前三個，如果三個都沒有找到，則直接分配（而且節(jié)點也是從內(nèi)存池中分配的，所以后續(xù)清理時，不需要管節(jié)點，只需要釋放申請的大內(nèi)存本身）

內(nèi)存對齊

void *ngx_pmemalign(ngx_pool_t *pool, size_t size, size_t alignment){    void      *p;    ngx_pool_large_t  *large;    p = ngx_memalign(alignment, size, pool->log);    if (p == NULL) {return NULL;    }    large = ngx_palloc_small(pool, sizeof(ngx_pool_large_t), 1);    if (large == NULL) {ngx_free(p);return NULL;    }    large->alloc = p;    large->next = pool->large;    pool->large = large;    return p;}

4.3 注冊清理任務(wù)

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));    if (c == NULL) {return NULL;    }    if (size) {c->data = ngx_palloc(p, size);if (c->data == NULL) {    return NULL;}    } else {c->data = NULL;    }    c->handler = NULL;    c->next = p->cleanup;    p->cleanup = c;    ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, p->log, 0, "add cleanup: %p", c);    return c;}

可以看出，這里只是分配了一個節(jié)點，并沒有設(shè)置handler以及data數(shù)據(jù)，所以還得看具體的調(diào)用方進(jìn)行設(shè)置，因為這里返回了分配的節(jié)點。

比如在函數(shù)ngx_create_temp_file中

ngx_int_tngx_create_temp_file(ngx_file_t *file, ngx_path_t *path, ngx_pool_t *pool,    ngx_uint_t persistent, ngx_uint_t clean, ngx_uint_t access){    ...    cln = ngx_pool_cleanup_add(pool, sizeof(ngx_pool_cleanup_file_t));    if (cln == NULL) {return NGX_ERROR;    }       ...file->fd = ngx_open_tempfile(file->name.data, persistent, access);				...if (file->fd != NGX_INVALID_FILE) {    cln->handler = clean ? ngx_pool_delete_file : ngx_pool_cleanup_file;    clnf = cln->data;    clnf->fd = file->fd;    clnf->name = file->name.data;    clnf->log = pool->log;    return NGX_OK;}			...}

生成臨時文件，將fd以及文件名注冊到清理任務(wù)中，后續(xù)文件不使用了則不需要特殊處理，內(nèi)存內(nèi)存池釋放時將統(tǒng)一清理。

4.4 重置內(nèi)存池

• 釋放大內(nèi)存
• 重置內(nèi)存中l(wèi)ast
• 重置failed計數(shù)

voidngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool){    ngx_pool_t*p;    ngx_pool_large_t  *l;    for (l = pool->large; l; l = l->next) {if (l->alloc) {    ngx_free(l->alloc);}    }    for (p = pool; p; p = p->d.next) {p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);p->d.failed = 0;    }    pool->current = pool;    pool->chain = NULL;    pool->large = NULL;}

這里有個現(xiàn)象：
在內(nèi)存池中空間不足時，將調(diào)用ngx_palloc_block創(chuàng)建一個新的內(nèi)存池，而last指向的是m += sizeof(ngx_pool_data_t);, 因此當(dāng)前新分配的內(nèi)存池將比第一個內(nèi)存池可用大小多了（max,current,chain,large,cleanup,log）這幾個字段大小（可能沒有那么多，因為要對齊，可能對齊后就完全一樣了），而現(xiàn)在重置時，p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);每個內(nèi)存池可用大小又變成一樣的。

4.5 銷毀內(nèi)存池

• 回調(diào)清理任務(wù)
• 釋放大內(nèi)存
• 釋放內(nèi)存池本身

voidngx_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) {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) {if (l->alloc) {    ngx_free(l->alloc);}    }    for (p = pool, n = pool->d.next; /* void */; p = n, n = n->d.next) {ngx_free(p);if (n == NULL) {    break;}    }}

4.6 大內(nèi)存釋放

通過遍歷找到要釋放的節(jié)點，將內(nèi)存釋放，并且將alloc設(shè)置成NULL,則有了節(jié)點重用的情況。

ngx_int_tngx_pfree(ngx_pool_t *pool, void *p){    ngx_pool_large_t  *l;    for (l = pool->large; l; l = l->next) {if (p == l->alloc) {    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;}

4.7 分配并清空數(shù)據(jù)

void *ngx_pcalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size){    void *p;    p = ngx_palloc(pool, size);    if (p) {ngx_memzero(p, size);    }    return p;}

正常分配的空間中都是垃圾數(shù)據(jù)，所以當(dāng)前函數(shù)在分配空間后，將分配的空間清零。

4.8 回調(diào)文件清理

(1) 手動關(guān)閉指定fd

遍歷清理任務(wù)，找到ngx_pool_cleanup_file的handler，如果是要關(guān)閉的fd，則回調(diào)

voidngx_pool_run_cleanup_file(ngx_pool_t *p, ngx_fd_t fd){    ngx_pool_cleanup_t       *c;    ngx_pool_cleanup_file_t  *cf;    for (c = p->cleanup; c; c = c->next) {if (c->handler == ngx_pool_cleanup_file) {    cf = c->data;    if (cf->fd == fd) {c->handler(cf);c->handler = NULL;return;    }}    }}

(2) 關(guān)閉fd

voidngx_pool_cleanup_file(void *data){    ngx_pool_cleanup_file_t  *c = data;    ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, c->log, 0, "file cleanup: fd:%d",   c->fd);    if (ngx_close_file(c->fd) == NGX_FILE_ERROR) {ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, c->log, ngx_errno,      ngx_close_file_n " \"%s\" failed", c->name);    }}

(3) 刪除文件并關(guān)閉fd

voidngx_pool_delete_file(void *data){    ngx_pool_cleanup_file_t  *c = data;    ngx_err_t  err;    ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, c->log, 0, "file cleanup: fd:%d %s",   c->fd, c->name);    if (ngx_delete_file(c->name) == NGX_FILE_ERROR) {err = ngx_errno;if (err != NGX_ENOENT) {    ngx_log_error(NGX_LOG_CRIT, c->log, err,  ngx_delete_file_n " \"%s\" failed", c->name);}    }    if (ngx_close_file(c->fd) == NGX_FILE_ERROR) {ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, c->log, ngx_errno,      ngx_close_file_n " \"%s\" failed", c->name);    }}

到此這篇關(guān)于nginx之內(nèi)存池的實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)nginx 內(nèi)存池內(nèi)容請搜索以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持！