nginx源码分析—内存池结构ngx_pool_t及内存管理(精辟)

阳光穿透心脏的1/2处 2023-10-17 15:23 108阅读 0赞

**Content**

0. 序

1. 内存池结构

1.1 ngx\_pool\_t结构

1.2 其他相关结构

1.3 ngx\_pool\_t的逻辑结构

2. 内存池操作

2.1 创建内存池

2.2 销毁内存池

2.3 重置内存池

2.4 分配内存

2.4.1 ngx\_palloc()函数分析

2.4.2 ngx\_palloc\_block()函数分析

2.5 释放内存

2.6 注册cleanup

2.7 内存池的物理结构

3. 一个例子

3.1 代码

3.2 如何编译

3.3 运行结果

4. 小结

5. 致谢

**0.** **序**

nginx对内存的管理由其自己实现的内存池结构ngx\_pool\_t来完成，本文重点叙述nginx的内存管理。

nginx内存管理相关文件：

(1) ./src/os/unix/ngx\_alloc.h/.c

*  内存相关的操作，封装了最基本的内存分配函数
 *  如free/malloc/memalign/posix\_memalign，分别被封装为ngx\_free，ngx\_alloc/ngx\_calloc, ngx\_memalign
    
     *  ngx\_alloc：封装malloc分配内存
     *  ngx\_calloc：封装malloc分配内存，并初始化空间内容为0
     *  ngx\_memalign：返回基于一个指定alignment的大小为size的内存空间，且其地址为alignment的整数倍，alignment为2的幂。

(2) ./src/core/ngx\_palloc.h/.c

*  封装创建/销毁内存池，从内存池分配空间等函数

.表示nginx-1.0.4代码目录，本文为/usr/src/nginx-1.0.4。

**1.** **内存池结构**

nginx对内存的管理均统一完成，例如，在特定的生命周期统一建立内存池(如main函数系统启动初期即分配1024B大小的内存池)，需要内存时统一分配内存池中的内存，在适当的时候释放内存池的内存(如关闭http链接时调用ngx\_destroy\_pool进行销毁)。

因此，开发者只需在需要内存时进行申请即可，不用过多考虑内存的释放等问题，大大提高了开发的效率。先看一下内存池结构。

**1.1 ngx\_pool\_t****结构**

此处统一一下概念，内存池的数据块：即分配内存在这些数据块中进行，一个内存池可以有多一个内存池数据块。nginx的内存池结构如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  00048: **typedef****struct** \{ 
2.  00049: u\_char \*last; //当前内存池分配到此处，即下一次分配从此处开始
3.  00050: u\_char \*end; //内存池结束位置
4.  00051: ngx\_pool\_t \*next; //内存池里面有很多块内存，这些内存块就是通过该指针连成链表的
5.  00052: ngx\_uint\_t failed; //内存池分配失败次数
6.  00053: \} ngx\_pool\_data\_t; //内存池的数据块位置信息
7.  00054: 
8.  00055: 
9.  00056: **struct** ngx\_pool\_s\{ //内存池头部结构
10. 00057: ngx\_pool\_data\_t d; //内存池的数据块
11. 00058: **size\_t** max; //内存池数据块的最大值
12. 00059: ngx\_pool\_t \*current; //指向当前内存池
13. 00060: ngx\_chain\_t \*chain; //该指针挂接一个ngx\_chain\_t结构
14. 00061: ngx\_pool\_large\_t \*large; //大块内存链表，即分配空间超过max的内存
15. 00062: ngx\_pool\_cleanup\_t \*cleanup; //释放内存池的callback
16. 00063: ngx\_log\_t \*log; //日志信息
17. 00064: \};

其中，sizeof(ngx\_pool\_data\_t)=16B，sizeof(ngx\_pool\_t)=40B。  
nginx将几乎所有的结构体放在ngx\_core.h文件中重新进行了申明，如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  **typedef****struct** ngx\_module\_s ngx\_module\_t; 
2.  **typedef****struct** ngx\_conf\_s ngx\_conf\_t; 
3.  **typedef****struct** ngx\_cycle\_s ngx\_cycle\_t; 
4.  **typedef****struct** ngx\_pool\_s ngx\_pool\_t; 
5.  **typedef****struct** ngx\_chain\_s ngx\_chain\_t; 
6.  **typedef****struct** ngx\_log\_s ngx\_log\_t; 
7.  **typedef****struct** ngx\_array\_s ngx\_array\_t; 
8.  **typedef****struct** ngx\_open\_file\_s ngx\_open\_file\_t; 
9.  **typedef****struct** ngx\_command\_s ngx\_command\_t; 
10. **typedef****struct** ngx\_file\_s ngx\_file\_t; 
11. **typedef****struct** ngx\_event\_s ngx\_event\_t; 
12. **typedef****struct** ngx\_event\_aio\_s ngx\_event\_aio\_t; 
13. **typedef****struct** ngx\_connection\_s ngx\_connection\_t;

**1.2** **其他相关结构**

其他与内存池相干的数据结构，如清除资源的cleanup链表，分配的大块内存链表等，如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  00015: /\*
2.  00016: \* NGX\_MAX\_ALLOC\_FROM\_POOL should be (ngx\_pagesize - 1), i.e. 4095 on x86.
3.  00017: \* On Windows NT it decreases a number of locked pages in a kernel.
4.  00018: \*/
5.  00019: \#define NGX\_MAX\_ALLOC\_FROM\_POOL (ngx\_pagesize - 1) //在x86体系结构下，该值一般为4096B，即4K
6.  00020: 
7.  00021: \#define NGX\_DEFAULT\_POOL\_SIZE (16\* 1024) 
8.  00022: 
9.  00023: \#define NGX\_POOL\_ALIGNMENT 16 
10. 00024: \#define NGX\_MIN\_POOL\_SIZE \\ 
11. 00025: ngx\_align((**sizeof**(ngx\_pool\_t) + 2 \* **sizeof**(ngx\_pool\_large\_t)), \\ 
12. 00026: NGX\_POOL\_ALIGNMENT) 
13. 00027: 
14. 00028: 
15. 00029: **typedef****void** (\*ngx\_pool\_cleanup\_pt)(**void** \*data); //cleanup的callback类型
16. 00030: 
17. 00031: **typedef****struct** ngx\_pool\_cleanup\_s ngx\_pool\_cleanup\_t; 
18. 00032: 
19. 00033: **struct** ngx\_pool\_cleanup\_s\{ 
20. 00034: ngx\_pool\_cleanup\_pt handler; 
21. 00035: **void** \*data; //指向要清除的数据
22. 00036: ngx\_pool\_cleanup\_t \*next; //下一个cleanup callback
23. 00037: \}; 
24. 00038: 
25. 00039: 
26. 00040: **typedef****struct** ngx\_pool\_large\_s ngx\_pool\_large\_t; 
27. 00041: 
28. 00042: **struct** ngx\_pool\_large\_s\{ 
29. 00043: ngx\_pool\_large\_t \*next; //指向下一块大块内存
30. 00044: **void** \*alloc; //指向分配的大块内存
31. 00045: \}; 
32. ... 
33. ... 
34. 00067: **typedef****struct** \{ 
35. 00068: ngx\_fd\_t fd; 
36. 00069: u\_char \*name; 
37. 00070: ngx\_log\_t \*log; 
38. 00071: \} ngx\_pool\_cleanup\_file\_t; 
39. 00072:

(gdb) p getpagesize()

$18 = 4096

全局变量ngx\_pagesize的初始化是在如下函数中完成的。./src/os/unix/ngx\_posix\_init.c

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  ngx\_int\_t 
2.  ngx\_os\_init(ngx\_log\_t \*log) 
3.  \{ 
4.   ngx\_uint\_t n; 
5.  
6.  \#if (NGX\_HAVE\_OS\_SPECIFIC\_INIT)
7.  **if** (ngx\_os\_specific\_init(log) != NGX\_OK) \{ 
8.  **return** NGX\_ERROR; 
9.   \} 
10. \#endif
11. 
12.  ngx\_init\_setproctitle(log); 
13. 
14. /\*\* 该函数为glibc的库函数，由系统调用实现，返回内核中的PAGE\_SIZE，该值依赖体系结构\*/
15.  ngx\_pagesize = getpagesize(); 
16.  ngx\_cacheline\_size = NGX\_CPU\_CACHE\_LINE; 
17.  ... 
18. \}

这些数据结构之间的关系，请参考后面的图。

**1.3 ngx\_pool\_t****的逻辑结构**

这些数据结构逻辑结构图如下。注：本文采用UML的方式画出该图。

![0_1309882017mTT4.gif][]

**2.** **内存池操作**

**2.1** **创建内存池**

创建内存池有ngx\_create\_pool()函数完成，代码如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  00015: ngx\_pool\_t \* 
2.  00016: ngx\_create\_pool(**size\_t** size, ngx\_log\_t \*log) 
3.  00017: \{ 
4.  00018: ngx\_pool\_t \*p; 
5.  00019: 
6.  00020: p = ngx\_memalign(NGX\_POOL\_ALIGNMENT, size, log); 
7.  00021: **if** (p == NULL) \{ 
8.  00022: **return** NULL; 
9.  00023: \} 
10. 00024: 
11. 00025: p->d.last = (u\_char \*) p + **sizeof**(ngx\_pool\_t); //last指向ngx\_pool\_t结构体之后数据取起始位置
12. 00026: p->d.end = (u\_char \*) p + size; //end指向分配的整个size大小的内存的末尾
13. 00027: p->d.next = NULL; 
14. 00028: p->d.failed = 0; 
15. 00029: 
16. 00030: size = size - **sizeof**(ngx\_pool\_t); 
17. 00031: p->max = (size < NGX\_MAX\_ALLOC\_FROM\_POOL) ? size : NGX\_MAX\_ALLOC\_FROM\_POOL; //最大不超过4095B
18. 00032: 
19. 00033: p->current = p; 
20. 00034: p->chain = NULL; 
21. 00035: p->large = NULL; 
22. 00036: p->cleanup = NULL; 
23. 00037: p->log = log; 
24. 00038: 
25. 00039: **return** p; 
26. 00040: \}

例如，调用ngx\_create\_pool(1024, 0x80d1c4c)后，创建的内存池物理结构如下图。

![0_1309882022ZpNM.gif][]

**2.2** **销毁内存池**

销毁内存池由如下函数完成。

void ngx\_destroy\_pool(ngx\_pool\_t \*pool)

该函数将遍历内存池链表，所有释放内存，如果注册了clenup(也是一个链表结构)，亦将遍历该cleanup链表结构依次调用clenup的handler清理。同时，还将遍历large链表，释放大块内存。

**2.3** **重置内存池**

重置内存池由下面的函数完成。

void ngx\_reset\_pool(ngx\_pool\_t \*pool);

该函数将释放所有large内存，并且将d->last指针重新指向ngx\_pool\_t结构之后数据区的开始位置，同刚创建后的位置相同。

**2.4** **分配内存**

内存分配的函数如下。

void \*ngx\_palloc(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size);

void \*ngx\_pnalloc(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size);

void \*ngx\_pcalloc(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size);

void \*ngx\_pmemalign(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size, size\_t alignment);

返回值为分配的内存起始地址。选择其中的两个函数进行分析，其他的也很好理解，省略。

**2.4.1 ngx\_palloc()****函数分析**

ngx\_palloc()代码如下，分析请参考笔者所加的注释。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  00115: **void** \* 
2.  00116: ngx\_palloc(ngx\_pool\_t \*pool, **size\_t** size) 
3.  00117: \{ 
4.  00118: u\_char \*m; 
5.  00119: ngx\_pool\_t \*p; 
6.  00120: 
7.  00121: **if** (size <= pool->max) \{ //判断待分配内存与max值
8.  00122: 
9.  00123: p = pool->current; //小于max值，则从current节点开始遍历pool链表
10. 00124: 
11. 00125: **do** \{ 
12. 00126: m = ngx\_align\_ptr(p->d.last, NGX\_ALIGNMENT); 
13. 00127: 
14. 00128: **if** ((**size\_t**) (p->d.end - m) >= size) \{ 
15. 00129: p->d.last = m + size; //在该节点指向的内存块中分配size大小的内存
16. 00130: 
17. 00131: **return** m; 
18. 00132: \} 
19. 00133: 
20. 00134: p = p->d.next; 
21. 00135: 
22. 00136: \} **while** (p); 
23. 00137: 
24. 00138: **return** ngx\_palloc\_block(pool, size); //链表里没有能分配size大小内存的节点，则生成一个新的节点并在其中分配内存
25. 00139: \} 
26. 00140: 
27. 00141: **return** ngx\_palloc\_large(pool, size); //大于max值，则在large链表里分配内存
28. 00142: \}

例如，在2.1节中创建的内存池中分配200B的内存，调用ngx\_palloc(pool, 200)后，该内存池物理结构如下图。

![0_13098820269Eii.gif][]

**2.4.2 ngx\_palloc\_block()****函数分析**

ngx\_palloc\_block函数代码如下，分析请参考笔者所加的注释。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  00175: **static****void** \* 
2.  00176: ngx\_palloc\_block(ngx\_pool\_t \*pool, **size\_t** size) 
3.  00177: \{ 
4.  00178: u\_char \*m; 
5.  00179: **size\_t** psize; 
6.  00180: ngx\_pool\_t \*p, \***new**, \*current; 
7.  00181: 
8.  00182: psize = (**size\_t**) (pool->d.end - (u\_char \*) pool); //计算pool的大小
9.  00183: 
10. 00184: m = ngx\_memalign(NGX\_POOL\_ALIGNMENT, psize, pool->log);//分配一块与pool大小相同的内存
11. 00185: **if** (m == NULL) \{ 
12. 00186: **return** NULL; 
13. 00187: \} 
14. 00188: 
15. 00189: **new** = (ngx\_pool\_t \*) m; 
16. 00190: 
17. 00191: **new**\->d.end = m + psize; //设置end指针
18. 00192: **new**\->d.next = NULL; 
19. 00193: **new**\->d.failed = 0; 
20. 00194: 
21. 00195: m += **sizeof**(ngx\_pool\_data\_t); //让m指向该块内存ngx\_pool\_data\_t结构体之后数据区起始位置
22. 00196: m = ngx\_align\_ptr(m, NGX\_ALIGNMENT); //按4字节对齐
23. 00197: **new**\->d.last = m + size; //在数据区分配size大小的内存并设置last指针
24. 00198: 
25. 00199: current = pool->current; 
26. 00200: 
27. 00201: **for** (p = current; p->d.next; p = p->d.next) \{ 
28. 00202: **if** (p->d.failed++ > 4) \{ //failed的值只在此处被修改
29. 00203: current = p->d.next; //失败4次以上移动current指针
30. 00204: \} 
31. 00205: \} 
32. 00206: 
33. 00207: p->d.next = **new**; //将这次分配的内存块new加入该内存池
34. 00208: 
35. 00209: pool->current = current ? current : **new**; 
36. 00210: 
37. 00211: **return** m; 
38. 00212: \}

**注意：**该函数分配一块内存后，last指针指向的是ngx\_pool\_data\_t结构体(大小16B)之后数据区的起始位置。而创建内存池时时，last指针指向的是ngx\_pool\_t结构体(大小40B)之后数据区的起始位置。

结合2.7节的内存池的物理结构，更容易理解。

**2.5****释放内存**

请参考如下函数，不再赘述。

ngx\_int\_tngx\_pfree(ngx\_pool\_t \*pool, void \*p)

需要注意的是该函数只释放large链表中注册的内存，普通内存在ngx\_destroy\_pool中统一释放。

**2.6** **注册****cleanup**

请参考如下函数，该函数实现也很简单，此处不再赘述。

ngx\_pool\_cleanup\_t \*ngx\_pool\_cleanup\_add(ngx\_pool\_t \*p, size\_t size)

**2.7** **内存池的物理结构**

针对本文第3节的例子，画出的内存池的物理结构如下图。

![0_130988203286UE.gif][]

从该图也能看出2.4节的结论，即内存池第一块内存前40字节为ngx\_pool\_t结构，后续加入的内存块前16个字节为ngx\_pool\_data\_t结构，这两个结构之后便是真正可以分配内存区域。

因此，本文Reference中的[内存分配相关][Link 1]中的图是有一点点小问题的，并不是每一个节点的前面都是ngx\_pool\_t结构。

**3.** **一个例子**

理解并掌握开源软件的最好方式莫过于自己写一些测试代码，或者改写软件本身，并进行调试来进一步理解开源软件的原理和设计方法。本节给出一个创建内存池并从中分配内存的简单例子。

**3.1****代码**

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  /\*\*
2.   \* ngx\_pool\_t test, to test ngx\_palloc, ngx\_palloc\_block, ngx\_palloc\_large
3.   \*/
4.  
5.  \#include <stdio.h>
6.  \#include "ngx\_config.h"
7.  \#include "ngx\_conf\_file.h"
8.  \#include "nginx.h"
9.  \#include "ngx\_core.h"
10. \#include "ngx\_string.h"
11. \#include "ngx\_palloc.h"
12. 
13. **volatile** ngx\_cycle\_t \*ngx\_cycle; 
14. 
15. **void** ngx\_log\_error\_core(ngx\_uint\_t level, ngx\_log\_t \*log, ngx\_err\_t err, 
16. **const****char** \*fmt, ...) 
17. \{ 
18. \} 
19. 
20. **void** dump\_pool(ngx\_pool\_t\* pool) 
21. \{ 
22. **while** (pool) 
23.  \{ 
24.  printf("pool = 0x%x\\n", pool); 
25.  printf(" .d\\n"); 
26.  printf(" .last = 0x%x\\n", pool->d.last); 
27.  printf(" .end = 0x%x\\n", pool->d.end); 
28.  printf(" .next = 0x%x\\n", pool->d.next); 
29.  printf(" .failed = %d\\n", pool->d.failed); 
30.  printf(" .max = %d\\n", pool->max); 
31.  printf(" .current = 0x%x\\n", pool->current); 
32.  printf(" .chain = 0x%x\\n", pool->chain); 
33.  printf(" .large = 0x%x\\n", pool->large); 
34.  printf(" .cleanup = 0x%x\\n", pool->cleanup); 
35.  printf(" .log = 0x%x\\n", pool->log); 
36.  printf("available pool memory = %d\\n\\n", pool->d.end - pool->d.last); 
37.  pool = pool->d.next; 
38.  \} 
39. \} 
40. 
41. **int** main() 
42. \{ 
43.  ngx\_pool\_t \*pool; 
44. 
45.  printf("--------------------------------\\n"); 
46.  printf("create a new pool:\\n"); 
47.  printf("--------------------------------\\n"); 
48.  pool = ngx\_create\_pool(1024, NULL); 
49.  dump\_pool(pool); 
50. 
51.  printf("--------------------------------\\n"); 
52.  printf("alloc block 1 from the pool:\\n"); 
53.  printf("--------------------------------\\n"); 
54.  ngx\_palloc(pool, 512); 
55.  dump\_pool(pool); 
56. 
57.  printf("--------------------------------\\n"); 
58.  printf("alloc block 2 from the pool:\\n"); 
59.  printf("--------------------------------\\n"); 
60.  ngx\_palloc(pool, 512); 
61.  dump\_pool(pool); 
62. 
63.  printf("--------------------------------\\n"); 
64.  printf("alloc block 3 from the pool :\\n"); 
65.  printf("--------------------------------\\n"); 
66.  ngx\_palloc(pool, 512); 
67.  dump\_pool(pool); 
68. 
69.  ngx\_destroy\_pool(pool); 
70. **return** 0; 
71. \}

**3.2****如何编译**

这个问题是编写测试代码或者改写软件本身最迫切需要解决的问题，否则，编写的代码无从编译或运行，那也无从进行调试并理解软件了。

如何对自己编写的测试代码进行编译，可参考[Linux平台代码覆盖率测试\-编译过程自动化及对链接的解释][Linux_-]、[Linux平台如何编译使用Google test写的单元测试？][Linux_Google test]。我们要做的是学习这种编译工程的方法，针对该例子，笔者编写的makefile文件如下。——这便是本节的主要目的。

\[plain\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  CXX = gcc 
2.  CXXFLAGS += -g -Wall -Wextra 
3.  
4.  NGX\_ROOT = /usr/src/nginx-1.0.4 
5.  
6.  TARGETS = ngx\_pool\_t\_test 
7.  TARGETS\_C\_FILE = $(TARGETS).c 
8.  
9.  CLEANUP = rm -f $(TARGETS) \*.o 
10. 
11. all: $(TARGETS) 
12. 
13. clean: 
14.  $(CLEANUP) 
15. 
16. CORE\_INCS = -I. \\ 
17.  \-I$(NGX\_ROOT)/src/core \\ 
18.  \-I$(NGX\_ROOT)/src/event \\ 
19.  \-I$(NGX\_ROOT)/src/event/modules \\ 
20.  \-I$(NGX\_ROOT)/src/os/unix \\ 
21.  \-I$(NGX\_ROOT)/objs \\ 
22. 
23. NGX\_PALLOC = $(NGX\_ROOT)/objs/src/core/ngx\_palloc.o 
24. NGX\_STRING = $(NGX\_ROOT)/objs/src/core/ngx\_string.o 
25. NGX\_ALLOC = $(NGX\_ROOT)/objs/src/os/unix/ngx\_alloc.o 
26. 
27. $(TARGETS): $(TARGETS\_C\_FILE) 
28.  $(CXX) $(CXXFLAGS) $(CORE\_INCS) $(NGX\_PALLOC) $(NGX\_STRING) $(NGX\_ALLOC) $^ -o $@

**3.****3****运行****运行结果**

\[plain\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  \# ./ngx\_pool\_t\_test 
2.  \-------------------------------- 
3.  create a new pool: 
4.  \-------------------------------- 
5.  pool = 0x8922020 
6.   .d 
7.   .last = 0x8922048 
8.   .end = 0x8922420 
9.   .next = 0x0 
10.  .failed = 0 
11.  .max = 984 
12.  .current = 0x8922020 
13.  .chain = 0x0 
14.  .large = 0x0 
15.  .cleanup = 0x0 
16.  .log = 0x0 
17. available pool memory = 984 
18. 
19. \-------------------------------- 
20. alloc block 1 from the pool: 
21. \-------------------------------- 
22. pool = 0x8922020 
23.  .d 
24.  .last = 0x8922248 
25.  .end = 0x8922420 
26.  .next = 0x0 
27.  .failed = 0 
28.  .max = 984 
29.  .current = 0x8922020 
30.  .chain = 0x0 
31.  .large = 0x0 
32.  .cleanup = 0x0 
33.  .log = 0x0 
34. available pool memory = 472 
35. 
36. \-------------------------------- 
37. alloc block 2 from the pool: 
38. \-------------------------------- 
39. pool = 0x8922020 
40.  .d 
41.  .last = 0x8922248 
42.  .end = 0x8922420 
43.  .next = 0x8922450 
44.  .failed = 0 
45.  .max = 984 
46.  .current = 0x8922020 
47.  .chain = 0x0 
48.  .large = 0x0 
49.  .cleanup = 0x0 
50.  .log = 0x0 
51. available pool memory = 472 
52. 
53. pool = 0x8922450 
54.  .d 
55.  .last = 0x8922660 
56.  .end = 0x8922850 
57.  .next = 0x0 
58.  .failed = 0 
59.  .max = 0 
60.  .current = 0x0 
61.  .chain = 0x0 
62.  .large = 0x0 
63.  .cleanup = 0x0 
64.  .log = 0x0 
65. available pool memory = 496 
66. 
67. \-------------------------------- 
68. alloc block 3 from the pool : 
69. \-------------------------------- 
70. pool = 0x8922020 
71.  .d 
72.  .last = 0x8922248 
73.  .end = 0x8922420 
74.  .next = 0x8922450 
75.  .failed = 1 
76.  .max = 984 
77.  .current = 0x8922020 
78.  .chain = 0x0 
79.  .large = 0x0 
80.  .cleanup = 0x0 
81.  .log = 0x0 
82. available pool memory = 472 
83. 
84. pool = 0x8922450 
85.  .d 
86.  .last = 0x8922660 
87.  .end = 0x8922850 
88.  .next = 0x8922880 
89.  .failed = 0 
90.  .max = 0 
91.  .current = 0x0 
92.  .chain = 0x0 
93.  .large = 0x0 
94.  .cleanup = 0x0 
95.  .log = 0x0 
96. available pool memory = 496 
97. 
98. pool = 0x8922880 
99.  .d 
100.  .last = 0x8922a90 
101.  .end = 0x8922c80 
102.  .next = 0x0 
103.  .failed = 0 
104.  .max = 0 
105.  .current = 0x0 
106.  .chain = 0x0 
107.  .large = 0x0 
108.  .cleanup = 0x0 
109.  .log = 0x0 
110. available pool memory = 496

**4.** **小结**

本文针对nginx-1.0.4的内存管理进行了较为全面的分析，包括相关内存池数据结构，内存池的创建、销毁，以及从内存池中分配内存等。最后通过一个简单例子向读者展示nginx内存池的创建和分配操作，同时借此向读者展示编译测试代码的方法。

分析完nginx的内存管理，你一定惊叹于nginx作者的聪明才智。这种内存管理的设计方法小巧、快捷，值得借鉴！

**Content**

0. 序

1. 内存池结构

1.1 ngx\_pool\_t结构

1.2 其他相关结构

1.3 ngx\_pool\_t的逻辑结构

2. 内存池操作

2.1 创建内存池

2.2 销毁内存池

2.3 重置内存池

2.4 分配内存

2.4.1 ngx\_palloc()函数分析

2.4.2 ngx\_palloc\_block()函数分析

2.5 释放内存

2.6 注册cleanup

2.7 内存池的物理结构

3. 一个例子

3.1 代码

3.2 如何编译

3.3 运行结果

4. 小结

5. 致谢

**0.** **序**

nginx对内存的管理由其自己实现的内存池结构ngx\_pool\_t来完成，本文重点叙述nginx的内存管理。

nginx内存管理相关文件：

(1) ./src/os/unix/ngx\_alloc.h/.c

(2) ./src/core/ngx\_palloc.h/.c

*  封装创建/销毁内存池，从内存池分配空间等函数

.表示nginx-1.0.4代码目录，本文为/usr/src/nginx-1.0.4。

**1.** **内存池结构**

因此，开发者只需在需要内存时进行申请即可，不用过多考虑内存的释放等问题，大大提高了开发的效率。先看一下内存池结构。

**1.1 ngx\_pool\_t****结构**

此处统一一下概念，内存池的数据块：即分配内存在这些数据块中进行，一个内存池可以有多一个内存池数据块。nginx的内存池结构如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

其中，sizeof(ngx\_pool\_data\_t)=16B，sizeof(ngx\_pool\_t)=40B。  
nginx将几乎所有的结构体放在ngx\_core.h文件中重新进行了申明，如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

**1.2** **其他相关结构**

其他与内存池相干的数据结构，如清除资源的cleanup链表，分配的大块内存链表等，如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

(gdb) p getpagesize()

$18 = 4096

全局变量ngx\_pagesize的初始化是在如下函数中完成的。./src/os/unix/ngx\_posix\_init.c

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

这些数据结构之间的关系，请参考后面的图。

**1.3 ngx\_pool\_t****的逻辑结构**

这些数据结构逻辑结构图如下。注：本文采用UML的方式画出该图。

![0_1309882017mTT4.gif][]

**2.** **内存池操作**

**2.1** **创建内存池**

创建内存池有ngx\_create\_pool()函数完成，代码如下。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

例如，调用ngx\_create\_pool(1024, 0x80d1c4c)后，创建的内存池物理结构如下图。

![0_1309882022ZpNM.gif][]

**2.2** **销毁内存池**

销毁内存池由如下函数完成。

void ngx\_destroy\_pool(ngx\_pool\_t \*pool)

**2.3** **重置内存池**

重置内存池由下面的函数完成。

void ngx\_reset\_pool(ngx\_pool\_t \*pool);

该函数将释放所有large内存，并且将d->last指针重新指向ngx\_pool\_t结构之后数据区的开始位置，同刚创建后的位置相同。

**2.4** **分配内存**

内存分配的函数如下。

void \*ngx\_palloc(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size);

void \*ngx\_pnalloc(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size);

void \*ngx\_pcalloc(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size);

void \*ngx\_pmemalign(ngx\_pool\_t \*pool, size\_t size, size\_t alignment);

返回值为分配的内存起始地址。选择其中的两个函数进行分析，其他的也很好理解，省略。

**2.4.1 ngx\_palloc()****函数分析**

ngx\_palloc()代码如下，分析请参考笔者所加的注释。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

例如，在2.1节中创建的内存池中分配200B的内存，调用ngx\_palloc(pool, 200)后，该内存池物理结构如下图。

![0_13098820269Eii.gif][]

**2.4.2 ngx\_palloc\_block()****函数分析**

ngx\_palloc\_block函数代码如下，分析请参考笔者所加的注释。

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

结合2.7节的内存池的物理结构，更容易理解。

**2.5****释放内存**

请参考如下函数，不再赘述。

ngx\_int\_tngx\_pfree(ngx\_pool\_t \*pool, void \*p)

需要注意的是该函数只释放large链表中注册的内存，普通内存在ngx\_destroy\_pool中统一释放。

**2.6** **注册****cleanup**

请参考如下函数，该函数实现也很简单，此处不再赘述。

ngx\_pool\_cleanup\_t \*ngx\_pool\_cleanup\_add(ngx\_pool\_t \*p, size\_t size)

**2.7** **内存池的物理结构**

针对本文第3节的例子，画出的内存池的物理结构如下图。

![0_130988203286UE.gif][]

因此，本文Reference中的[内存分配相关][Link 1]中的图是有一点点小问题的，并不是每一个节点的前面都是ngx\_pool\_t结构。

**3.** **一个例子**

**3.1****代码**

\[cpp\] [view plain][] [copy][view plain]

**3.2****如何编译**

这个问题是编写测试代码或者改写软件本身最迫切需要解决的问题，否则，编写的代码无从编译或运行，那也无从进行调试并理解软件了。

\[plain\] [view plain][] [copy][view plain]

**3.****3****运行****运行结果**

\[plain\] [view plain][] [copy][view plain]

**4.** **小结**

分析完nginx的内存管理，你一定惊叹于nginx作者的聪明才智。这种内存管理的设计方法小巧、快捷，值得借鉴！

来源:http://www.cnblogs.com/405845829qq/p/4379093.html

[view plain]: http://blog.csdn.net/livelylittlefish/article/details/6586946
[0_1309882017mTT4.gif]: http://hi.csdn.net/attachment/201107/5/0_1309882017mTT4.gif
[0_1309882022ZpNM.gif]: http://hi.csdn.net/attachment/201107/5/0_1309882022ZpNM.gif
[0_13098820269Eii.gif]: http://hi.csdn.net/attachment/201107/5/0_13098820269Eii.gif
[0_130988203286UE.gif]: http://hi.csdn.net/attachment/201107/5/0_130988203286UE.gif
[Link 1]: http://code.google.com/p/nginxsrp/wiki/NginxCodeReview
[Linux_-]: http://blog.csdn.net/livelylittlefish/article/details/6448939
[Linux_Google test]: http://blog.csdn.net/livelylittlefish/article/details/6143559