Nginx源代码分析-内存池
本文分析基于Nginx-1.2.6，与旧版本或将来版本可能有些许出入，但应该差别不大，可做参考
内存池是一种内存分配方式.通常我们习惯直接使用new、malloc等API申请分配内存，这样做的缺点在于：由于所申请内存块的大小不定，当频繁使用时会造成大量的内存碎片并进而降低性能。内存池则是在真正使用内存之前，先申请分配一定数量的的内存块留作备用。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。通过内存池统一分配和释放内存，也可以减少内存泄漏的风险。
在Nginx中内存池以链表的方式组织，其结构如下图示： 
为叙述方便，称一个ngx_pool_t为一个内存池，多个内存池组织成的链表为内存池链。nginx的内存分配和释放多在内存池链中进行。
注意ngx_pool_large_t结构体和ngx_pool_cleanup_t结构体所占用的内存也在蓝色的used内存之中，为画图清晰，才没有标明，而大块内存是内存池链之外的内存。
<!-- lang: cpp -->
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;
};
如图所示，ngx_pool_t结构体的第一个成员d是描述内存池信息的一个结构，类型为ngx_poot_data_t，其中的pool->d.last指向未使用内存的起始位置，pool->d.end指向末尾位置，next指向下一个内存池，failed的意思是内存池链分配内存失败的次数。pool->max记录了当前内存池链中每个内存池的最大可分配内存量，是一常量，在创建时初始化。
创建内存池链 ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)
创建内存池链的过程比较简单，就是分配size大小的空间，并对空间开头位置的ngx_pool_t结构体进行初始化，此过程的结果是生成了一个链表（内存池链），其中只有一个元素（内存池）。
内存管理
内存池链分配内存的过程分两种情况：
(A)当请求的内存太大时（大于pool->max），调用ngx\_palloc\_large在内存池外进行大块内存分配，并用pool->large指向的链表记录下来首地址，并返回；(B)当请求的内存不太大时（小于等于pool->max)，从pool->current开始进行遍历内存池链，
(B1)若某个内存池中空闲内存够大可满足请求，则把这个内存池的pool->d.last后移，并返回划分出的内存首地址，
(B2)若遍历结束仍没有足够大的空闲内存供分配时，调用ngx_palloc_block函数新建一个内存池加到当前内存池链的结尾，并在这个新的内存池中划分出适当大小的内存返回。
在（B2）情况下，调用ngx_palloc_block函数，在函数中进行了一个重要的操作，即把内存池链中从pool->current开始的每个内存池的failed加1，若某个内存池的failed次数超过4次，测将pool->current后移，这样的好处是，若内存池的failde次数超4次时就表明这个内存池已经没多少空间供分配了，以后再分配内存时就不必在这个内存池上花费时间了，提高分配效率。
ngx_palloc和ngx_pnalloc的唯一区别是前者分配的内存是按NGX_ALIGNMENT大小字节对齐的。
<!-- lang: cpp -->
#define NGX_ALIGNMENT sizeof(unsigned long) /* platform word */
ngx_pcalloc是在ngx_palloc的基础上，对分配的内存初始化为0。
ngx_pfree根据pool->large链表中的大块内存分配记录，对相应的大块内存进行释放。
<!-- lang: cpp -->
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) {
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;
}
销毁内存池链ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool)
内存池链的首节点中的cleanup指向的是一ngx_pool_cleanup_t链表，记录了销毁内存池链之前需要进行的操作和相应参数，类似于析构函数，即在真正释放内存之前进行些清理操作，比如关闭文件等。
其实在ngx_pool_cleanup_add中，内存池链并没有注册相应的清理函数，而只是新建ngx_pool_cleanup_t节点加入到cleanup所指向链表的开头，此节点中并无内容，所以使用时还需要在这个函数调用之后进行赋值操作。
<!-- lang: cpp -->
struct ngx_pool_cleanup_s {
ngx_pool_cleanup_pt handler;//是一个函数指针
void *data;
ngx_pool_cleanup_t *next;
};
销毁内存池链的操作在函数ngx_destroy_pool中，共有三个操作，首先遍历cleanup链表分别执行对应的清理操作，然后遍历large链表释放所有分配的大块内存，最后释放内存池所占用的内存。
在ngx_palloc.c文件中还有个ngx_reset_pool函数，函数中首先释放所有大块内存，然后复位pool->d.last位置，但疑惑的是，这个函数中并未对pool->current和pool->d.failed进行操作，其作用不三不四，不怎么懂。
此外针对文件清理这样典型的清理操作，此文件中有对应的三个函数（后面两个是ngx_pool_cleanup_pt类型的handler） 。
<!-- lang: cpp -->
void
ngx_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;
}
}
}
}
void
ngx_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);
}
}
void
ngx_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);
}
}