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nginx——内存池篇

2024-08-19 13:38:32   216人阅读

nginx——内存池篇

 一、内存池概述

    内存池是在真正使用内存之前，预先申请分配一定数量的、大小相等(一般情况下)的内存块留作备用。当有新的内存需求时，就从内存池中分出一部分内存块，若内存块不够再继续申请新的内存。

   内存池的好处有减少向系统申请和释放内存的时间开销，解决内存频繁分配产生的碎片，提示程序性能，减少程序员在编写代码中对内存的关注等

    一些常见的内存池实现方案有STL中的内存分配区，boost中的object_pool,nginx中的ngx_pool_t,google的开源项目TCMalloc等

 

二、nginx内存池综述

     nginx为tcp连接，http请求，模块都分配了一个内存池，在结束的时候会摧毁整个内存池，把分配的内存一次性归还给操作系统。

     在分配的内存上，nginx有小块内存和大块内存的概念，小块内存 nginx在分配的时候会尝试在当前的内存池节点中分配，而大块内存会调用系统函数malloc向操作系统申请

     在释放内存的时候，nginx没有专门提供针对释放小块内存的函数，小块内存会在ngx_destory_pool 和 ngx_reset_pool的时候一并释放

     区分小块内存和大块内存的原因有2个，

     1、针对大块内存  如果它的生命周期远远短于所属的内存池，那么提供一个单独的释放函数是十分有意义的，但不区分大块内存和小块内存，针对大的内存块 便会无法提前释放了

     2、大块内存与小块内存的界限是一页内存（p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL，宏NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL通过调用getpagesize活动），大于一页的内存在物理上不一定是连续的

    所以如果分配的内存大于一页的话，从内存池中使用，和向操作系统重新申请效率是差不多的

 

      nginx内存池提供的函数主要有以下几个

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三、nginx内存池详解

    nginx使用了ngx_pool_s用于表示整个内存池对象,ngx_pool_data_t表示单个内存池节点的分配信息，ngx_pool_large_s表示大块内存

他们的结构和含义如下

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

next:指向下一个大块内存

alloc：指向分配的大块内存

 

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;
};

d:内存池的节点的数据分配情况

max:内存池大小的最大值

current:指向当前的内存池节点

chain：指向一个ngx_chain_t结构

large：指向大块内存链表

cleanup:释放内存池的callback

log：用于输出日志

 

typedef struct {
   u_char *last;
   u_char *end;
   ngx_pool_t *next;
   ngx_uint_t failed;
} ngx_pool_data_t;

last:当前内存池已分配的末位地址，下一次分配会尝试从此开始

end：内存池节点的结束位置

next：next指向下一块内存池节点

failed:当前内存池节点分配失败次数

 

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                                        nginx 内存池示意图1

 

    在分配内存的时候，nginx会判断当前要分配的内存是小块内存还是大块内存，大块内存调用ngx_palloc_large进行分配，小块内存，nginx先会尝试从内存池的当前节点(p->current)中分配，如果内存池当前节点的剩余空间不足，nginx会调用ngx_palloc_block新创建一个内存池节点并从中分配，

如果内存池当前节点的分配失败次数已经大于等于6次（p->d.failed++ > 4）,则将当前内存池节点前移一个

(这里有个需要注意的地方，当当前内存节点的剩余空间不够分配时，nginx会重新创建一个ngx_pool_t对象，并且将pool.d->next指向新的ngx_pool_t,新分配的ngx_pool_t对象只用到了ngx_pool_data_t区域，并没有头部信息，头部信息部分已经被当做内存分配区域了)

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                                            ngx_palloc代码

 

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                 nginx 内存池示意图2(新建了一个内存池节点和分配了2个大块内存，其中一个已经释放) 

 

 

四、示例代码

 这里是直接替换了原有nginx代码的main函数 (src/core/nginx.c)

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void print_pool(ngx_pool_t *pool)
{
    if (pool->large != NULL)
    {
        printf("has large memory\n");
        for(ngx_pool_large_t* i = pool->large; i!=NULL; i = i->next)
        {
            printf("\t\tlarge next=0x%x\n", i->next);
            printf("\t\tlarge alloc=0x%x\n", i->alloc);
        }
    }
    int i=1;
    while(pool)
    {
        printf("pool=0x%x,index:%d\n", pool, i++);
        printf("\t\tlast=0x%x\n", (pool->d).last);
        printf("\t\tend=0x%x\n",(pool->d).end);
        printf("\t\tnext=0x%x\n",(pool->d).next);
        printf("\t\tfailed=%d\n",pool->d.failed);
        printf("\t\tmax=%d\n",pool->max);
        printf("\t\tcurrent=0x%x\n",pool->current);
        printf("\t\tchain=0x%x\n",pool->chain);
        printf("\t\tlarge=0x%x\n",pool->large);
        printf("\t\tcleanup=0x%x\n",pool->cleanup);
        printf("\t\tlog=0x%x\n",pool->log);
        printf("\t\tavailable pool memory=%d\n", pool->d.end-pool->d.last);
        printf("\n");
        pool=pool->d.next;
    }
}
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void print_array(int *a,int size)
{
    for(int i=0; i<size; i++)
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{
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printf(“%d”, a[i]);
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}
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printf(“\n”);
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}
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int main()
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{
    ngx_pool_t *pool;
    int array_size = 128;
    int array_size_large = 1024;
    int page_size = getpagesize();
    printf("page_size:%d\n", page_size);
 
    printf("----------------------------\n");
    printf("create a new pool");
    pool = ngx_create_pool(1024, NULL);
    print_pool(pool);
 
    printf("----------------------------\n");
    printf("alloc block 1 from the pool:\n");
    int *a1 = ngx_palloc(pool, sizeof(int) * array_size);
    for (int i=0; i< array_size; i++)
    {
        a1[i] = i+1;
    }
    print_pool(pool);
 
    printf("----------------------------\n");
    printf("alloc block 2 from the pool:\n");
    int *a2 = ngx_palloc(pool, sizeof(int) * array_size);
    for (int i=0; i< array_size; i++)
    {
        a2[i] = 12345678;
    }
    print_pool(pool);
    printf("----------------------------\n");
    printf("alloc large memory:\n");
    int * a3 = ngx_palloc(pool, sizeof(int) * array_size_large);
    for (int i=0; i< array_size_large; i++)
    {
        a3[i] = i+1;
    }
    print_pool(pool);
 
    print_array(a1,array_size);
    print_array(a2,array_size);
    print_array(a3,array_size_large);
    ngx_destroy_pool(pool);
 
    return 0;
}

  

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