淺談PHP源碼三十一：PHP內存池中的堆(heap)層基礎

2020-03-22 17:47:25

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這篇文章主要介紹了關于淺談PHP源碼三十一：PHP內存池中的堆(heap)層基礎，有著一定的參考價值，現在分享給大家，有需要的朋友可以參考一下

淺談PHP源碼三十一：PHP內存池中的堆(heap)層基礎

【概述】
PHP的內存管理器是分層（hierarchical）的。這個管理器共有三層：存儲層（storage）、堆（heap）層和 emalloc/efree 層。在PHP源碼閱讀筆記三十：PHP內存池中的存儲層中介紹了存儲層，存儲層通過 malloc()、mmap() 等函數向系統真正的申請內存，并通過 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，這里申請的內存大并不是指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。
在存儲層之上就是今天我們要了解的堆層。堆層一個調度層，它與上面的emalloc/efree層交互，將通過存儲層申請到的大塊內存，進行拆分，按需提供。在堆層中有其一套內存的調度策略，這個整個PHP內存分配管理的核心區域。

以下的所有分享都是基于ZEND_DEBUG未打開的情況。
首先看下堆層所涉及到的結構：
【結構】

 /* mm block type */typedef struct _zend_mm_block_info {size_t _size;/* block的大小*/size_t _prev;/* 計算前一個塊有用到*/} zend_mm_block_info;  typedef struct _zend_mm_block {zend_mm_block_info info;} zend_mm_block; typedef struct _zend_mm_small_free_block {/* 雙向鏈表 */zend_mm_block_info info;struct _zend_mm_free_block *prev_free_block;/* 前一個塊 */struct _zend_mm_free_block *next_free_block;/* 后一個塊 */} zend_mm_small_free_block;/* 小的空閑塊*/ typedef struct _zend_mm_free_block {/* 雙向鏈表 + 樹結構 */zend_mm_block_info info;struct _zend_mm_free_block *prev_free_block;/* 前一個塊 */struct _zend_mm_free_block *next_free_block;/* 后一個塊 */ struct _zend_mm_free_block **parent;/* 父結點 */struct _zend_mm_free_block *child[2];/* 兩個子結點*/} zend_mm_free_block;  struct _zend_mm_heap {int use_zend_alloc;/* 是否使用zend內存管理器 */void *(*_malloc)(size_t);/* 內存分配函數*/void (*_free)(void*);/* 內存釋放函數*/void *(*_realloc)(void*, size_t);size_t free_bitmap;/* 小塊空閑內存標識 */size_t large_free_bitmap; /* 大塊空閑內存標識*/size_t block_size;/* 一次內存分配的段大小，即ZEND_MM_SEG_SIZE指定的大小，默認為ZEND_MM_SEG_SIZE (256 * 1024)*/size_t compact_size;/* 壓縮操作邊界值，為ZEND_MM_COMPACT指定大小，默認為 2 * 1024 * 1024*/zend_mm_segment *segments_list;/* 段指針列表 */zend_mm_storage *storage;/* 所調用的存儲層 */size_t real_size;/* 堆的真實大小 */size_t real_peak;/* 堆真實大小的峰值 */size_t limit;/* 堆的內存邊界 */size_t size;/* 堆大小 */size_t peak;/* 堆大小的峰值*/size_t reserve_size;/* 備用堆大小*/void *reserve;/* 備用堆 */int overflow;/* 內存溢出數*/int internal;#if ZEND_MM_CACHEunsigned int cached;/* 已緩存大小 */zend_mm_free_block *cache[ZEND_MM_NUM_BUCKETS];/* 緩存數組/#endifzend_mm_free_block *free_buckets[ZEND_MM_NUM_BUCKETS*2];/* 小塊空閑內存數組 */zend_mm_free_block *large_free_buckets[ZEND_MM_NUM_BUCKETS];/* 大塊空閑內存數組*/zend_mm_free_block *rest_buckets[2];/* 剩余內存數組 */ };

對于heap結構中的內存操作函數，如果use_zend_alloc為否，則使用malloc-type 內存分配，此時所有的操作就不經過堆層中的內存管理，直接采用malloc等函數。

compact_size的大小默認為 2 * 1024 * 1024（2M）,如果有設置變量ZEND_MM_COMPACT則為此指定大小，如果內存的峰值超過這個值，則會調用storage的compact函數，只是這個函數現在的實現為空，可能在后續的版本中添加。

reserve_size為備用堆的大小，默認情況下為ZEND_MM_RESERVE_SIZE，其大小為(8*1024)
*reserve為備用堆，其大小為reserve_size，其用作內存溢出時報告錯誤用。

【關于USE_ZEND_ALLOC】
html' target='_blank'>環境變量 USE_ZEND_ALLOC 可用于允許在運行時選擇 malloc 或 emalloc 內存分配。使用 malloc-type 內存分配將允許外部調試器觀察內存使用情況，而 emalloc 分配將使用 Zend 內存管理器抽象，要求進行內部調試。
[zend_startup() - start_memory_manager() - alloc_globals_ctor()]

static void alloc_globals_ctor(zend_alloc_globals *alloc_globals TSRMLS_DC){char *tmp;alloc_globals- mm_heap = zend_mm_startup(); tmp = getenv( USE_ZEND_ALLOC if (tmp) {alloc_globals- mm_heap- use_zend_alloc = zend_atoi(tmp, 0);if (!alloc_globals- mm_heap- use_zend_alloc) {/* 如果不使用zend的內存管理器，同直接使用malloc函數*/alloc_globals- mm_heap- _malloc = malloc;alloc_globals- mm_heap- _free = free;alloc_globals- mm_heap- _realloc = realloc;}}

【初始化】

[zend_mm_startup()]
初始化storage層的分配方案，初始化段大小，壓縮邊界值，并調用zend_mm_startup_ex()初始化堆層。

[zend_mm_startup() - zend_mm_startup_ex()]
【內存對齊】
在PHP的內存分配中使用了內存對齊，內存對齊計算顯然有兩個目標：一是減少CPU的訪存次數；第二個就是還要保持存儲空間的效率足夠高。

 # define ZEND_MM_ALIGNMENT 8 #define ZEND_MM_ALIGNMENT_MASK ~(ZEND_MM_ALIGNMENT-1)  #define ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(size)(((size) + ZEND_MM_ALIGNMENT - 1) ZEND_MM_ALIGNMENT_MASK)  #define ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZEZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zend_mm_block)) #define ZEND_MM_ALIGNED_FREE_HEADER_SIZEZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zend_mm_small_free_block))

PHP在分配塊的內存中，用到內存對齊，如果所需要的內存的大小的低三位不為0（不能為8整除），則將低三位加上7，并~7進行與操作，即對于大小不是8的整數倍的內存大小補全到可以被8整除。
在win32機器上，一些宏對應的數值大小為：
ZEND_MM_MIN_SIZE=8
ZEND_MM_MAX_SMALL_SIZE=272
ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE=8
ZEND_MM_ALIGNED_FREE_HEADER_SIZE=16
ZEND_MM_MIN_ALLOC_BLOCK_SIZE=8
ZEND_MM_ALIGNED_MIN_HEADER_SIZE=16
ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE=8

如果要分配一個大小為9個字節的塊，則其實際分配的大小為ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(9 + 8)=24

【塊的定位】
所分配的內存的右邊的兩位是用來標記內存的類型。
其大小的定義為#define ZEND_MM_TYPE_MASK ZEND_MM_LONG_CONST(0×3)

如下所示代碼為塊的定位

 #define ZEND_MM_NEXT_BLOCK(b)ZEND_MM_BLOCK_AT(b, ZEND_MM_BLOCK_SIZE(b)) #define ZEND_MM_PREV_BLOCK(b)ZEND_MM_BLOCK_AT(b, -(int)((b)- info._prev ~ZEND_MM_TYPE_MASK))  #define ZEND_MM_BLOCK_AT(blk, offset)((zend_mm_block *) (((char *) (blk))+(offset))) #define ZEND_MM_BLOCK_SIZE(b)((b)- info._size ~ZEND_MM_TYPE_MASK)#define ZEND_MM_TYPE_MASKZEND_MM_LONG_CONST(0x3)

當前塊的下一個元素，即為當前塊的頭位置加上整個塊(去掉了類型的長度)的長度。
當前塊的上一個元素，即為當前塊的頭位置減去前一個塊(去掉了類型的長度)的長度。
關于前一個塊的長度，在塊的初始化時設置為當前塊的大小與塊類型的或操作的結果。

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