Nginx内存管理-php教程-PHP中文网

1.源代码位置

头文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_palloc.h

源文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_palloc.c

2.数据结构定义

先来学习一下nginx内存池的几个主要数据结构：

ngx_pool_data_t（内存池数据块结构）

<span>   1:</span><span>typedef</span> <span>struct</span> {

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<span>   2:</span>     u_char               *last;

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<span>   3:</span>     u_char               *end;

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<span>   4:</span>     ngx_pool_t           *next;

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<span>   5:</span>     ngx_uint_t            failed;

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<span>   6:</span> } ngx_pool_data_t;

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last：是一个unsigned char 类型的指针，保存的是/当前内存池分配到末位地址，即下一次分配从此处开始。
end：内存池结束位置；
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，next指向下一块内存。
failed：内存池分配失败次数。

ngx_pool_s（内存池头部结构）

<span>   1:</span><span>struct</span> ngx_pool_s {

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<span>   2:</span>     ngx_pool_data_t       d;

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<span>   3:</span>     size_t                max;

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<span>   4:</span>     ngx_pool_t           *current;

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<span>   5:</span>     ngx_chain_t          *chain;

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<span>   6:</span>     ngx_pool_large_t     *large;

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<span>   7:</span>     ngx_pool_cleanup_t   *cleanup;

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<span>   8:</span>     ngx_log_t            *log;

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<span>   9:</span> };

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d：内存池的数据块；
max：内存池数据块的最大值；
current：指向当前内存池；
chain：该指针挂接一个ngx_chain_t结构；
large：大块内存链表，即分配空间超过max的情况使用；
cleanup：释放内存池的callback
log：日志信息

由ngx_pool_data_t和ngx_pool_t组成的nginx内存池结构如下图所示：

Nginx内存管理

3.相关函数介绍

在分析内存池方法前，需要对几个主要的内存相关函数作一下介绍:

ngx_alloc：（只是对malloc进行了简单的封装）
 1:void *
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 2: ngx_alloc(size_t size, ngx_log_t *log)
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 3: {
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 4: void *p;
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 5: 
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 6: p = malloc(size);
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 7: if (p == NULL) {
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 8: ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno,
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 9: "malloc(%uz) failed", size);
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 10: }
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 11: 
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 12: ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, log, 0, "malloc: %p:%uz", p, size);
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 13: 
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 14: return p;
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 15: }
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ngx_calloc：（调用malloc并初始化为0）

<span>   1:</span><span>void</span> *

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<span>   2:</span> ngx_calloc(size_t size, ngx_log_t *log)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     <span>void</span>  *p;

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<span>   5:</span>

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<span>   6:</span>     p = ngx_alloc(size, log);

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<span>   7:</span>

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<span>   8:</span>     <span>if</span> (p) {

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<span>   9:</span>         ngx_memzero(p, size);

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<span>  10:</span>     }

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<span>  11:</span>

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<span>  12:</span>     <span>return</span> p;

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<span>  13:</span> }

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ngx_memzero：

<span>   1:</span> #define ngx_memzero(buf, n)       (<span>void</span>) memset(buf, 0, n)

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ngx_free ：
 1: #define ngx_free free
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ngx_memalign：

<span>   1:</span><span>void</span> *

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<span>   2:</span> ngx_memalign(size_t alignment, size_t size, ngx_log_t *log)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     <span>void</span>  *p;

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<span>   5:</span>     int    err;

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<span>   6:</span>

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<span>   7:</span>     err = posix_memalign(&p, alignment, size);

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<span>   8:</span>

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<span>   9:</span>     <span>if</span> (err) {

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<span>  10:</span>         ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, err,

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<span>  11:</span>                       "posix_memalign(%uz, %uz) failed", alignment, size);

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<span>  12:</span>         p = NULL;

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<span>  13:</span>     }

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<span>  14:</span>

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<span>  15:</span>     ngx_log_debug3(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, log, 0,

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<span>  16:</span>                    <span>"posix_memalign: %p:%uz @%uz"</span>, p, size, alignment);

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<span>  17:</span>

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<span>  18:</span>     <span>return</span> p;

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<span>  19:</span> }

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这里alignment主要是针对部分unix平台需要动态的对齐，对POSIX 1003.1d提供的posix_memalign( )进行封装，在大多数情况下，编译器和C库透明地帮你处理对齐问题。nginx中通过宏NGX_HAVE_POSIX_MEMALIGN来控制；调用posix_memalign( )成功时会返回size字节的动态内存，并且这块内存的地址是alignment的倍数。参数alignment必须是2的幂，还是void指针的大小的倍数。返回的内存块的地址放在了memptr里面，函数返回值是0.

4.内存池基本操作

内存池对外的主要方法有：

创建内存池	ngx_pool_t * ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log);
销毁内存池	void ngx_destroy_pool(ngx_pool_t *pool);
重置内存池	void ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool);
内存申请（对齐）	void * ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size);
内存申请（不对齐）	void * ngx_pnalloc(ngx_pool_t *pool, size_t size);
内存清除	ngx_int_t ngx_pfree(ngx_pool_t pool, void p);

4.1 创建内存池ngx_create_pool

ngx_create_pool用于创建一个内存池，我们创建时，传入我们的需要的初始大小：

存了个图
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17

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<span>   1:</span> ngx_pool_t *

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<span>   2:</span> ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     ngx_pool_t  *p;

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<span>   5:</span>

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<span>   6:</span>     //以16（NGX_POOL_ALIGNMENT）字节对齐分配size内存

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<span>   7:</span>     p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);

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<span>   8:</span>     if (p == NULL) {

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<span>   9:</span>         <span>return</span> NULL;

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<span>  10:</span>     }

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<span>  11:</span>

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<span>  12:</span>     <span>//初始状态：last指向ngx_pool_t结构体之后数据取起始位置</span>

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<span>  13:</span>     p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);

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<span>  14:</span>     //end指向分配的整个size大小的内存的末尾

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<span>  15:</span>     p->d.end = (u_char *) p &#43; size;

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<span>  16:</span>

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<span>  17:</span>     p->d.next = NULL;

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<span>  18:</span>     p->d.failed = 0;

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<span>  19:</span>

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<span>  20:</span>     size = size - <span>sizeof</span>(ngx_pool_t);

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<span>  21:</span>     <span>//#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL  (ngx_pagesize - 1)，内存池最大不超过4095，x86中页的大小为4K</span>

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<span>  22:</span>     p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;

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<span>  23:</span>

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<span>  24:</span>     p->current = p;

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<span>  25:</span>     p->chain = NULL;

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<span>  26:</span>     p->large = NULL;

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<span>  27:</span>     p->cleanup = NULL;

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<span>  28:</span>     p->log = log;

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<span>  29:</span>

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<span>  30:</span>     <span>return</span> p;

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<span>  31:</span> }

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nginx对内存的管理分为大内存与小内存，当某一个申请的内存大于某一个值时，就需要从大内存中分配空间，否则从小内存中分配空间。

nginx中的内存池是在创建的时候就设定好了大小，在以后分配小块内存的时候，如果内存不够，则是重新创建一块内存串到内存池中，而不是将原有的内存池进行扩张。当要分配大块内存是，则是在内存池外面再分配空间进行管理的，称为大块内存池。

4.2 内存申请 ngx_palloc

<span>   1:</span><span>void</span> *

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<span>   2:</span> ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     u_char      *m;

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<span>   5:</span>     ngx_pool_t  *p;

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<span>   6:</span>

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<span>   7:</span>     //如果申请的内存大小小于内存池的max值

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<span>   8:</span>     if (size <= pool->max) {

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<span>   9:</span>

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<span>  10:</span>         p = pool->current;

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<span>  11:</span>

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<span>  12:</span>         <span>do</span> {

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<span>  13:</span>             //对内存地址进行对齐处理

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<span>  14:</span>             m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);

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<span>  15:</span>

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<span>  16:</span>             //如果当前内存块够分配内存，则直接分配

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<span>  17:</span>             if ((size_t) (p->d.end - m) >= size)

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<span>  18:</span>             {

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<span>  19:</span>                 p->d.last = m + size;

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<span>  20:</span>

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<span>  21:</span>                 <span>return</span> m;

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<span>  22:</span>             }

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<span>  23:</span>

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<span>  24:</span>             <span>//如果当前内存块有效容量不够分配，则移动到下一个内存块进行分配</span>

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<span>  25:</span>             p = p->d.next;

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<span>  26:</span>

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<span>  27:</span>         } <span>while</span> (p);

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<span>  28:</span>

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<span>  29:</span>         //当前所有内存块都没有空闲了，开辟一块新的内存，如下2详细解释

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<span>  30:</span>         <span>return</span> ngx_palloc_block(pool, size);

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<span>  31:</span>     }

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<span>  32:</span>

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<span>  33:</span>     <span>//分配大块内存</span>

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<span>  34:</span>     <span>return</span> ngx_palloc_large(pool, size);

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<span>  35:</span> }

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需要说明的几点：

1、ngx_align_ptr，这是一个用来内存地址取整的宏，非常精巧，一句话就搞定了。作用不言而喻，取整可以降低CPU读取内存的次数，提高性能。因为这里并没有真正意义调用malloc等函数申请内存，而是移动指针标记而已，所以内存对齐的活，C编译器帮不了你了，得自己动手。

<span>   1:</span> #define ngx_align_ptr(p, a)                                                   \

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<span>   2:</span>      (u_char *) (((uintptr_t) (p) &#43; ((uintptr_t) a - 1)) & ~((uintptr_t) a - 1))

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2、开辟一个新的内存块 ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size)

这个函数是用来分配新的内存块，为pool内存池开辟一个新的内存块，并申请使用size大小的内存；

<span>   1:</span><span>static</span> <span>void</span> *

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<span>   2:</span> ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     u_char      *m;

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<span>   5:</span>     size_t       psize;

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<span>   6:</span>     ngx_pool_t  *p, *new;

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<span>   7:</span>

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<span>   8:</span>     //计算内存池第一个内存块的大小

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<span>   9:</span>     psize = (size_t) (pool->d.end - (u_char *) pool);

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<span>  10:</span>

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<span>  11:</span>     //分配和第一个内存块同样大小的内存块

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<span>  12:</span>     m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log);

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<span>  13:</span>     if (m == NULL) {

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<span>  14:</span>         return NULL;

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<span>  15:</span>     }

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<span>  16:</span>

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<span>  17:</span>     new = (ngx_pool_t *) m;

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<span>  18:</span>

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<span>  19:</span>     //设置新内存块的end

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<span>  20:</span>     new->d.end = m + psize;

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<span>  21:</span>     <span>new</span>->d.next = NULL;

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<span>  22:</span>     <span>new</span>->d.failed = 0;

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<span>  23:</span>

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<span>  24:</span>     <span>//将指针m移动到d后面的一个位置，作为起始位置</span>

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<span>  25:</span>     m &#43;= <span>sizeof</span>(ngx_pool_data_t);

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<span>  26:</span>     //对m指针按4字节对齐处理

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<span>  27:</span>     m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT);

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<span>  28:</span>     //设置新内存块的last，即申请使用size大小的内存

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<span>  29:</span>     new->d.last = m + size;

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<span>  30:</span>

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<span>  31:</span>     <span>//这里的循环用来找最后一个链表节点，这里failed用来控制循环的长度，如果分配失败次数达到5次，就忽略，不需要每次都从头找起</span>

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<span>  32:</span>     for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) {

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<span>  33:</span>         <span>if</span> (p->d.failed&#43;&#43; > 4) {

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<span>  34:</span>             pool->current = p->d.next;

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<span>  35:</span>         }

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<span>  36:</span>     }

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<span>  37:</span>

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<span>  38:</span>     p->d.next = <span>new</span>;

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<span>  39:</span>

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<span>  40:</span>     <span>return</span> m;

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<span>  41:</span> }

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3、分配大块内存 ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size)

在ngx_palloc中首先会判断申请的内存大小是否超过内存块的最大限值，如果超过，则直接调用ngx_palloc_large，进入大内存块的分配流程；

<span>   1:</span><span>static</span> <span>void</span> *

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<span>   2:</span> ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     <span>void</span>              *p;

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<span>   5:</span>     ngx_uint_t         n;

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<span>   6:</span>     ngx_pool_large_t  *large;

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<span>   7:</span>

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<span>   8:</span>     // 直接在系统堆中分配一块大小为size的空间

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<span>   9:</span>     p = ngx_alloc(size, pool->log);

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<span>  10:</span>     if (p == NULL) {

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<span>  11:</span>         return NULL;

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<span>  12:</span>     }

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<span>  13:</span>

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<span>  14:</span>     n = 0;

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<span>  15:</span>

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<span>  16:</span>     // 查找到一个空的large区，如果有，则将刚才分配的空间交由它管理

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<span>  17:</span>     for (large = pool->large; large; large = large->next) {

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<span>  18:</span>         if (large->alloc == NULL) {

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<span>  19:</span>             large->alloc = p;

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<span>  20:</span>             return p;

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<span>  21:</span>         }

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<span>  22:</span>         <span>//为了提高效率， 如果在三次内没有找到空的large结构体，则创建一个</span>

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<span>  23:</span>         if (n++ > 3) {

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<span>  24:</span>             <span>break</span>;

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<span>  25:</span>         }

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<span>  26:</span>     }

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<span>  27:</span>

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<span>  28:</span>

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<span>  29:</span>     large = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_pool_large_t));

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<span>  30:</span>     if (large == NULL) {

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<span>  31:</span>         ngx_free(p);

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<span>  32:</span>         return NULL;

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<span>  33:</span>     }

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<span>  34:</span>

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<span>  35:</span>     <span>//将large链接到内存池</span>

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<span>  36:</span>     large->alloc = p;

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<span>  37:</span>     large->next = pool->large;

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<span>  38:</span>     pool->large = large;

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<span>  39:</span>

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<span>  40:</span>     <span>return</span> p;

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<span>  41:</span> }

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整个内存池分配如下图：

4.3 内存池重置 ngx_reset_pool

<span>   1:</span><span>void</span>

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<span>   2:</span> ngx_reset_pool(ngx_pool_t *pool)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     ngx_pool_t        *p;

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<span>   5:</span>     ngx_pool_large_t  *l;

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<span>   6:</span>

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<span>   7:</span>     //释放大块内存

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<span>   8:</span>     for (l = pool->large; l; l = l->next) {

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<span>   9:</span>         if (l->alloc) {

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<span>  10:</span>             ngx_free(l->alloc);

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<span>  11:</span>         }

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<span>  12:</span>     }

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<span>  13:</span>

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<span>  14:</span>     // 重置所有小块内存区

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<span>  15:</span>     for (p = pool; p; p = p->d.next) {

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<span>  16:</span>         p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);

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<span>  17:</span>         p->d.failed = 0;

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<span>  18:</span>     }

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<span>  19:</span>

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<span>  20:</span>     pool->current = pool;

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<span>  21:</span>     pool->chain = NULL;

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<span>  22:</span>     pool->large = NULL;

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<span>  23:</span> }

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4.4 内存池释放 ngx_pfree

<span>   1:</span> ngx_int_t

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<span>   2:</span> ngx_pfree(ngx_pool_t *pool, <span>void</span> *p)

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<span>   3:</span> {

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<span>   4:</span>     ngx_pool_large_t  *l;

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<span>   5:</span>

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<span>   6:</span>     //只检查是否是大内存块，如果是大内存块则释放

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<span>   7:</span>     for (l = pool->large; l; l = l->next) {

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<span>   8:</span>         if (p == l->alloc) {

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<span>   9:</span>             ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_ALLOC, pool->log, 0,

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<span>  10:</span>                            "free: %p", l->alloc);

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<span>  11:</span>             ngx_free(l->alloc);

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<span>  12:</span>             l->alloc = NULL;

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<span>  13:</span>

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<span>  14:</span>             return NGX_OK;

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<span>  15:</span>         }

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<span>  16:</span>     }

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<span>  17:</span>

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