Nginx 内存管理源码分析

Nginx 介绍

Nginx是一款轻量级的Web 服务器/反向代理服务器及电子邮件（IMAP/POP3）代理服务器，并在一个BSD-like 协议下发行。其特点是占有内存少，并发能力强，事实上nginx的并发能力确实在同类型的网页服务器中表现较好，中国大陆使用nginx网站用户有：百度、京东、新浪、网易、腾讯、淘宝等。

Nginx 内存管理用到的数据数据结构

typedef struct {
   
    u_char               *last; //指向内存分配的起始位置
    u_char               *end;  //指向内存开辟的结束位置
    ngx_pool_t           *next; //指向下一个内存池中的内存块
    ngx_uint_t            failed; //当前内存块不满足分配的次数
} ngx_pool_data_t;

struct ngx_pool_large_s {
   
    ngx_pool_large_t     *next;	//指向下一个大内存块的位置
    void                 *alloc; //指向当前大内存块的位置
};

struct ngx_pool_s {
   
    ngx_pool_data_t       d; 
    size_t                max;  //小块内存块的最大值
    ngx_pool_t           *current; //指向开始分配内存的内存池
    ngx_chain_t          *chain; //该指针挂在一个ngx_chain_t结构
    ngx_pool_large_t     *large; //指向大块内存分配的起始地址
    ngx_pool_cleanup_t   *cleanup; // 挂在释放内存时需要清理资源的一些操作
    ngx_log_t            *log;  //内存分配相关的日志
};

图虽然不好看，但能够说明上面结构体之间的关系

上图显示了大内块之间的连接关系，并不是大内存块之间相互连接，而是每一个大内存块都在内存池上有一个对应的ngx_pool_large_s 进行维护，这样内存块之间存储数据的部分与两个内存块之间的链接关系（next指针）分开存储。这样使得分配给用户的内存就不必保存该内存在链表中的关系了。
现在我们了解了内存池的内部结构了，下面我们看一下具体的分配算法

分配算法

1、当用户从刚刚初始化的内存池中申请一块大小为 size 的内存时
首先 内存池先比较size与内存池中的max的大小关系
如果size > max 则调用malloc 分配一个大内存块,并将大内存块链接入内存池的large链表
否则，直接

p = last;
last = last - size;
return p;

当然，源代码肯定没有这么随便，先了解一下大概的过程，再来看源代码

2、用户不可能内存都能从第一个内存池中获取到内存块
当size <= max 并且内存池中剩余的内存大小不能满足用户的需求时，这时候我们会先检查本内存池的next 指向是否为空
若不为空，则循环向后检索，直到遇到能够需求的内存池为止。
若为空，则重新申请一块内存，与前面的内存池的的大小相同，然后填上相应的标识信息，从新的内存池中分配一块给用户，然后将该内存池链入总内存池

3、既然每次都要检索小的内存池，如果我们每次都从第一个进行检索，在内存池分配有了长时间以后，检索的效率就会越来越低，因为前面的内村块已经内存块已经分配的差不多了，不能满足大部分用户的需要了，这里Nginx也考虑到了，在最开始的结构体中有一个failed 和 current 变量，current 指向开始检索的内存池的位置，failed变量记录本内存池分配失败的次数，因为每次分配前面的内存池分配失败才会检索后面的内存池，所以前面内存池的failed 值一定大于等于后面内存池的failed，当该次数大于5次时，就将current指向后面的内存池，即下次检索从下一个内存池开始，这样就优化了检索的效率。

代码分析

创建一个内存池 ngx_create_pool

ngx_pool_t *
ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)
{
   
    ngx_pool_t  *p;

	/* 按NGX_POOL_ALIGNMENT 字节对齐分配一块内存 p 指向这块内存*/
    p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);
    if (p == NULL) {
   
        return NULL;
    }

	/*last 指向p的数据部分的起始位置 */
    p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);
	/* end 指向p 数据部分过的结束位置 */
    p->d.end =