PHP內存池中的存儲層

實例說明PHP內存池中的存儲層的工作原理!

PHP的內存管理器分為三層：存儲層(storage)、堆(heap)層和 emalloc/efree 層。

存儲層通過 malloc()、mmap() 等函數向系統真正的申請內存，並通過free()函數釋放所申請的內存。

　　存儲層通常申請的內存塊都比較大，這裡申請的內存大並不是指storage層結構所需要的內存大，只是堆層通過調用存儲層的分配方法時，其以段的格式申請的內存比較大，存儲層的作用是將內存分配的方式對堆層透明化。

　　首先看storage層的結構：

/* Heaps with user defined storage */    
typedef struct _zend_mm_storage zend_mm_storage;    
     
typedef struct _zend_mm_segment {    
    size_t    size;    
    struct _zend_mm_segment *next_segment;    
} zend_mm_segment;    
     
typedef struct _zend_mm_mem_handlers {    
    const char *name;    
    zend_mm_storage* (*init)(void *params);    //初始化函數    
    void (*dtor)(zend_mm_storage *storage);    //析構函數    
    void (*compact)(zend_mm_storage *storage);    
    zend_mm_segment* (*_alloc)(zend_mm_storage *storage, size_t size);    //內存分配函數    
    zend_mm_segment* (*_realloc)(zend_mm_storage *storage, zend_mm_segment *ptr, size_t size);    //重新分配內存函數    
    void (*_free)(zend_mm_storage *storage, zend_mm_segment *ptr);    //釋放內存函數    
} zend_mm_mem_handlers;    
     
struct _zend_mm_storage {    
    const zend_mm_mem_handlers *handlers;    //處理函數集    
    void *data;    
};    

　　內存的分配方式，調用的函數是_zend_mm_storage結構中的處理函數集，而內存是以段的形式表現的。

　　4種內存方案

　　PHP在存儲層共有4種內存分配方案: malloc，win32，mmap_anon，mmap_zero。默認使用malloc分配內存，如果設置了ZEND_WIN32宏，則為Windows版本，調用HeapAlloc分配內存，剩下兩種內存方案為匿名內存映射，並且PHP的內存方案可以通過設置變量來修改。

　　官方說明如下：

　　The Zend MM can be tweaked using ZEND_MM_MEM_TYPE and ZEND_MM_SEG_SIZE environment variables. Default values are “malloc” and “256K”.Dependent on target system you can also use “mmap_anon”, “mmap_zero” and “win32″ storage managers.

　　在代碼中，對於這4種內存分配方案，分別對應實現了zend_mm_mem_handlers中的各個處理函數。配合代碼的簡單說明如下：

/* 使用mmap內存映射函數分配內存 寫入時拷貝的私有映射，並且匿名映射，映射區不與任何文件關聯。*/    
# define ZEND_MM_MEM_MMAP_ANON_DSC {"mmap_anon", zend_mm_mem_dummy_init, zend_mm_mem_dummy_dtor, zend_mm_mem_dummy_compact, zend_mm_mem_mmap_anon_alloc, zend_mm_mem_mmap_realloc, zend_mm_mem_mmap_free}    
   
/* 使用mmap內存映射函數分配內存 寫入時拷貝的私有映射，並且映射到/dev/zero。*/    
# define ZEND_MM_MEM_MMAP_ZERO_DSC {"mmap_zero", zend_mm_mem_mmap_zero_init, zend_mm_mem_mmap_zero_dtor, zend_mm_mem_dummy_compact, zend_mm_mem_mmap_zero_alloc, zend_mm_mem_mmap_realloc, zend_mm_mem_mmap_free}    
   
/* 使用HeapAlloc分配內存 Windows版本 關於這點，注釋中寫的是VirtualAlloc() to allocate memory，實際在程序中使用的是HeapAlloc*/    
# define ZEND_MM_MEM_WIN32_DSC {"win32", zend_mm_mem_win32_init, zend_mm_mem_win32_dtor, zend_mm_mem_win32_compact, zend_mm_mem_win32_alloc, zend_mm_mem_win32_realloc, zend_mm_mem_win32_free}    
   
/* 使用malloc分配內存 默認為此種分配 如果有加ZEND_WIN32宏，則使用win32的分配方案*/    
# define ZEND_MM_MEM_MALLOC_DSC {"malloc", zend_mm_mem_dummy_init, zend_mm_mem_dummy_dtor, zend_mm_mem_dummy_compact, zend_mm_mem_malloc_alloc, zend_mm_mem_malloc_realloc, zend_mm_mem_malloc_free}    
   
static const zend_mm_mem_handlers mem_handlers[] = {    
#ifdef HAVE_MEM_WIN32    
    ZEND_MM_MEM_WIN32_DSC,    
#endif    
#ifdef HAVE_MEM_MALLOC    
    ZEND_MM_MEM_MALLOC_DSC,    
#endif    
#ifdef HAVE_MEM_MMAP_ANON    
    ZEND_MM_MEM_MMAP_ANON_DSC,    
#endif    
#ifdef HAVE_MEM_MMAP_ZERO    
    ZEND_MM_MEM_MMAP_ZERO_DSC,    
#endif    
    {NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL}    
};    

　　關於匿名內存映射的優點

　　mmem_zero方案：

       (SVR 4 ) /dev/zero Memory Mapping 

　　1. 可以將偽設備 “/dev/zero” 作為參數傳遞給mmap而創建一個映射區。/dev/zero的特殊在於，對於該設備文件所有的讀操作都返回值為0的指定長度的字節流 ，任何寫入的內容都被丟棄。我們的興趣在於用它來創建映射區，用/dev/zero創建的映射區，其內容被初始為0。

　　2. 使用/dev/zero的優點在於，mmap創建映射區時，不需要一個時間存在的文件，偽文件 /dev/zero 就足夠了。缺點是只能用在相關進程間。相對於相關進程間的通信，使用線程間通信效率要更高一些。不管使用那種技術，對共享數據的訪問都需要進行同步。

　　mmem_anon方案：

　　(4.4 BSD) Anonymous Memory Mapping

　　1. 匿名內存映射與使用/dev/zero類型，都不需要真實的文件。要使用匿名映射之需要向mmap傳入MAP_ANON標志，並且fd參數置為-1。

　　2. 所謂匿名，指的是映射區並沒有通過fd與文件路徑名相關聯。匿名內存映射用在有血緣關系的進程間。

　　win32方案中堆內存分配的聲明

　　函數HeapAlloc聲明如下：

WINBASEAPI    
__out_opt    
HANDLE    
WINAPI    
HeapCreate(    
 __in DWord flOptions,    
 __in SIZE_T dwInitialSize,    
 __in SIZE_T dwMaximumSize    
 );    
     
WINBASEAPI    
BOOL    
WINAPI    
HeapDestroy(    
 __in HANDLE hHeap    
 );    
     
WINBASEAPI    
__bcount(dwBytes)    
LPVOID    
WINAPI    
HeapAlloc(    
 __in HANDLE hHeap,    
 __in DWord dwFlags,    
 __in SIZE_T dwBytes    
 );    
     
     
WINBASEAPI    
BOOL    
WINAPI    
HeapFree(    
 __inout HANDLE hHeap,    
 __in DWord dwFlags,    
 __deref LPVOID lpMem    
 );    
     
WINBASEAPI    
SIZE_T    
WINAPI    
HeapSize(    
 __in HANDLE hHeap,    
 __in DWord dwFlags,    
 __in LPCVOID lpMem    
 );   

◆hHeap是進程堆內存開始位置。

◆dwFlags是分配堆內存的標志。

◆dwBytes是分配堆內存的大小。

　　初始化

　　在zend_mm_startup啟動時，程序會根據配置設置內存分配方案和段分配大小，如下所示代碼：

ZEND_API zend_mm_heap *zend_mm_startup(void)    
{    
    int i;    
    size_t seg_size;    
    char *mem_type = getenv("ZEND_MM_MEM_TYPE");    
    char *tmp;    
    const zend_mm_mem_handlers *handlers;    
    zend_mm_heap *heap;    
     
    if (mem_type == NULL) {    
     i = 0;    
    } else {    
     for (i = 0; mem_handlers[i].name; i++) {    
      if (strcmp(mem_handlers[i].name, mem_type) == 0) {    
       break;    
      }    
     }    
     if (!mem_handlers[i].name) {    
      fprintf(stderr, "Wrong or unsupported zend_mm storage type '%s'\n", mem_type);    
      fprintf(stderr, "  supported types:\n");    
      for (i = 0; mem_handlers[i].name; i++) {    
       fprintf(stderr, " '%s'\n", mem_handlers[i].name);    
      }    
      exit(255);    
     }    
    }    
    handlers = &mem_handlers[i];    
     
    tmp = getenv("ZEND_MM_SEG_SIZE");    
    if (tmp) {    
     seg_size = zend_atoi(tmp, 0);    
     if (zend_mm_low_bit(seg_size) != zend_mm_high_bit(seg_size)) {    
      fprintf(stderr, "ZEND_MM_SEG_SIZE must be a power of two\n");    
      exit(255);    
     } else if (seg_size < ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE + ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE) {    
      fprintf(stderr, "ZEND_MM_SEG_SIZE is too small\n");    
      exit(255);    
     }    
    } else {    
     seg_size = ZEND_MM_SEG_SIZE;    
    }    
     
    //....代碼省略    
}    

　　第1121~1138行遍歷整個mem_handlers數組，確認內存分配方案，如果沒有設置ZEND_MM_MEM_TYPE變量，默認使用malloc方案，如果是Windows(即ZEND_WIN32)，則默認使用win32方案，如果設置了ZEND_MM_MEM_TYPE變量，則采用設置的方案。

　　第1140~1152行確認段分配大小，如果設置了ZEND_MM_SEG_SIZE變量，則使用設置的大小，此處會判斷所設置的大小是否滿足2的倍數，並且大於或等於ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE + ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE;如果沒有設置沒使用默認的ZEND_MM_SEG_SIZE。