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php内存管理详解

小云云

小云云

发布时间:2018-03-09 14:14:03

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来源于php中文网

原创

 在c中直接使用malloc、free进行内存的分配和释放,但频繁的分配和释放内存会产生内存碎片、降低系统性能,php的变量的分配和释放会非常的频繁、若直接通过malloc的方式爱进行分配、会造成严重的性能问题,作为语言级的应用、这种损耗不太能接受、所以php实现了自己的内存池zendmm,来替代glibc的malloc和free、以解决内存频繁分配、释放的问题。
 它定义了chunk、page、slot三种粒度的内存操作,每个chunk的大小为2mb、每个page 4kb,一个chunk切割成512个page、每个page切割成若干个slot,申请内存时、按照申请的大小、执行不同的分配策略
 huge:大于2mb,直接调用系统分配,分配若干个chunk
 large:申请内存大于3092b(3/4page)、小于2044kb(511page)分配若干个page
 small:申请内存小于3092b,内存池提前定义好了30种不同大小的内存(8、16、32...、3072),它们分布在不同的page上、申请内存时直接在相应的内存上查找相应的slot,内存池通过zend_mm_heap结构存储内存池的主要信息,比如大内存链表、chunk链表、slot各大小内存链表等
 大内存分配的实际上是若干个chunk,然后通过一个zend_mm_huge_list结构进行管理,大内存之间构成单向链表
 chunk是内存池向系统申请、释放内存的最小粒度,chunk之间构成双向链表,第一个chunk的地址保存于zend_mm_heap->main_chunk,第一个page的内存用于保存chunk自己的结构体成员,比如前后chunk的指针、当前chunk各page的使用情况等
 相同大小的slot之间构成单链表

 内存池的初始化在php_module_startup阶段完成、初始化过程主要是分配heap结构,这个过程在start_memory_manager过程完成,如果是多线程环境,则会为每一个线程分配一个内存池,线程之间互不影响,初始化时会根据环境变量use_zend_alloc_huge_pages来设定是否开启内存大页,非线程安全环境下、分配的heap会保存到alloc_globals中也就是ag宏,需要注意的是,zend_mm_heap这个结构不是单独分配的,嵌入在chunk结构体中,,因为chunk结构体占用了一个page、但实际上它用不了那么大的内存,为了尽可能利用空间、就把它放在了这里

 内存分配:  1. huge超过2mb的内存分配,分配时,会将它对齐到n个chunk,还会分配一个zned_mm_huge_list结构,管理所有的huge内存,内存对齐的过程是内存池在申请后自己调整的,而不是简单的由操作系统来完成,会先按照实际大小申请一次,如果刚好可以达到内存对齐、无需调整、直接返回使用,如果不是zend_mm_chunk_size(2mb)的整数倍,则zendmm会释放掉这块儿内存,然后按照实际内存大小+zend_mm_chunk_size再申请一次,多申请的那块是用来调整的  2. large分配:申请的内存大小在3072b(3/4page)和2044k(511个page)之间时,内存池会在chunk上查找对应数量的page返回,large的申请粒度是page,chunk上有free_map和map两个成员用于记录page的分配信息
 free_map就是512bit,用来记录该chunk上page的分配情况,已使用则置位1
 map用来记录page的分配类型及分配的page页数,每个page对应一个数组成员,最高2位记录page的分配类型、01是large、10是small,分配时从第一个chunk开始遍历、依次查找chunk是否有满足要求的page,若当前chunk没有合适的、则查找下一个chunk,若直到最后都没有合适的、则重新分配一个chunk,申请时,不知谁查找到足够页数的page、而是尽可能的填满chunk的空隙,尽可能的与已分配的page连接在一起,避免中间出现page空隙(以减少后续分配时的查找次数)  1)从第一个chunk分组(0~63)开始检查,当前分组有可用page、先检测当前page的bit位、找到第一个和最后一个空闲page的位置,如果不够则把这些page都标记为1(已分配)、进行查找其它分组,如果page恰好、则直接使用、中断检索,如果page比需要的大、表示可用,但不是最优的,会接着查找其它chunk直到最后比较出来一个最优的(可最大程度利用page的)  2)找到合适的page后、就设置相应的page信息、即free_map和map信息然后返回page地址  3. small分配:
 会先检查相应规格的内存是否已分配、若未分配或者分配已使用完、则申请相应页数的page、page的分配过程与large分配一致,申请到page之后,按照固定大小切割成slot、slot之间用单链表连接,链表头部保存至ag(mm_heap)->free_slot

内存池释放的粒度是chunk,通过efree来完成1. huge内存的释放、large、smal类型的因为chunk的第一个page被占用、所以不可能是相对chunk的偏移量为0,由此区分chunk类型和large、small类型,释放时,之间将占用的chunk释放、同时从ag链表删除2. large内存的释放:若计算得到offset不为0,表示该地址是large或者small内存、然后根据offset算出是第几个page、得到page之后可以从chunk->map中得到page的分配类型、就可以释放指定类型的内存了,large并不会直接释放、而是将page的分配信息置为未分配、若释放后、发现该chunk下都是未分配的,则释放chunk、释放时优选选择把chunk移到ag,缓存数达到一定值后就不再继续缓存新加入的chunk、将内存归还系统、避免占用过多的内存,在分配chunk时若发现chached_chunks中有缓存的chunk直接取出使用、不向系统发出申请3. small类型的释放、直接将释放的slot插回该规则slot的可用链表的头部即可、比较简单

 在C中直接使用malloc、free进行内存的分配和释放,但频繁的分配和释放内存会产生内存碎片、降低系统性能,php的变量的分配和释放会非常的频繁、若直接通过malloc的方式爱进行分配、会造成严重的性能问题,作为语言级的应用、这种损耗不太能接受、所以php实现了自己的内存池ZendMM,来替代glibc的malloc和free、以解决内存频繁分配、释放的问题

 它定义了chunk、page、slot三种粒度的内存操作,每个chunk的大小为2MB、每个page 4kB,一个chunk切割成512个page、每个page切割成若干个slot,申请内存时、按照申请的大小、执行不同的分配策略
 huge:大于2MB,直接调用系统分配,分配若干个chunk
 large:申请内存大于3092B(3/4page)、小于2044kb(511page)分配若干个page
 small:申请内存小于3092B,内存池提前定义好了30种不同大小的内存(8、16、32...、3072),它们分布在不同的page上、申请内存时直接在相应的内存上查找相应的slot,内存池通过zend_mm_heap结构存储内存池的主要信息,比如大内存链表、chunk链表、slot各大小内存链表等
 大内存分配的实际上是若干个chunk,然后通过一个zend_mm_huge_list结构进行管理,大内存之间构成单向链表
 chunk是内存池向系统申请、释放内存的最小粒度,chunk之间构成双向链表,第一个chunk的地址保存于zend_mm_heap->main_chunk,第一个page的内存用于保存chunk自己的结构体成员,比如前后chunk的指针、当前chunk各page的使用情况等
 相同大小的slot之间构成单链表

 内存池的初始化在php_module_startup阶段完成、初始化过程主要是分配heap结构,这个过程在start_memory_manager过程完成,如果是多线程环境,则会为每一个线程分配一个内存池,线程之间互不影响,初始化时会根据环境变量use_zend_alloc_huge_pages来设定是否开启内存大页,非线程安全环境下、分配的heap会保存到alloc_globals中也就是AG宏,需要注意的是,zend_mm_heap这个结构不是单独分配的,嵌入在chunk结构体中,,因为chunk结构体占用了一个page、但实际上它用不了那么大的内存,为了尽可能利用空间、就把它放在了这里

 内存分配:  1. huge超过2MB的内存分配,分配时,会将它对齐到n个chunk,还会分配一个zned_mm_huge_list结构,管理所有的huge内存,内存对齐的过程是内存池在申请后自己调整的,而不是简单的由操作系统来完成,会先按照实际大小申请一次,如果刚好可以达到内存对齐、无需调整、直接返回使用,如果不是ZEND_MM_CHUNK_SIZE(2MB)的整数倍,则zendMM会释放掉这块儿内存,然后按照实际内存大小+ZEND_MM_CHUNK_SIZE再申请一次,多申请的那块是用来调整的  2. large分配:申请的内存大小在3072B(3/4page)和2044k(511个page)之间时,内存池会在chunk上查找对应数量的page返回,large的申请粒度是page,chunk上有free_map和map两个成员用于记录page的分配信息
 free_map就是512bit,用来记录该chunk上page的分配情况,已使用则置位1
 map用来记录page的分配类型及分配的page页数,每个page对应一个数组成员,最高2位记录page的分配类型、01是large、10是small,分配时从第一个chunk开始遍历、依次查找chunk是否有满足要求的page,若当前chunk没有合适的、则查找下一个chunk,若直到最后都没有合适的、则重新分配一个chunk,申请时,不知谁查找到足够页数的page、而是尽可能的填满chunk的空隙,尽可能的与已分配的page连接在一起,避免中间出现page空隙(以减少后续分配时的查找次数)  1)从第一个chunk分组(0~63)开始检查,当前分组有可用page、先检测当前page的bit位、找到第一个和最后一个空闲page的位置,如果不够则把这些page都标记为1(已分配)、进行查找其它分组,如果page恰好、则直接使用、中断检索,如果page比需要的大、表示可用,但不是最优的,会接着查找其它chunk直到最后比较出来一个最优的(可最大程度利用page的)  2)找到合适的page后、就设置相应的page信息、即free_map和map信息然后返回page地址  3. small分配:
 会先检查相应规格的内存是否已分配、若未分配或者分配已使用完、则申请相应页数的page、page的分配过程与large分配一致,申请到page之后,按照固定大小切割成slot、slot之间用单链表连接,链表头部保存至AG(mm_heap)->free_slot


内存池释放的粒度是chunk,通过efree来完成1. huge内存的释放、large、smal类型的因为chunk的第一个page被占用、所以不可能是相对chunk的偏移量为0,由此区分chunk类型和large、small类型,释放时,之间将占用的chunk释放、同时从AG链表删除2. large内存的释放:若计算得到offset不为0,表示该地址是large或者small内存、然后根据offset算出是第几个page、得到page之后可以从chunk->map中得到page的分配类型、就可以释放指定类型的内存了,large并不会直接释放、而是将page的分配信息置为未分配、若释放后、发现该chunk下都是未分配的,则释放chunk、释放时优选选择把chunk移到AG,缓存数达到一定值后就不再继续缓存新加入的chunk、将内存归还系统、避免占用过多的内存,在分配chunk时若发现chached_chunks中有缓存的chunk直接取出使用、不向系统发出申请3. small类型的释放、直接将释放的slot插回该规则slot的可用链表的头部即可、比较简单。

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