PHP内存池中的存储层

实例说明PHP内存池中的存储层的工作原理!

PHP的内存管理器分为三层：存储层(storage)、堆(heap)层和 emalloc/efree 层。

存储层通过 malloc()、mmap() 等函数向系统真正的申请内存，并通过free()函数释放所申请的内存。

　　存储层通常申请的内存块都比较大，这里申请的内存大并不是指storage层结构所需要的内存大，只是堆层通过调用存储层的分配方法时，其以段的格式申请的内存比较大，存储层的作用是将内存分配的方式对堆层透明化。

　　首先看storage层的结构：

/* 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);    //初始化函数    
    void (*dtor)(zend_mm_storage *storage);    //析构函数    
    void (*compact)(zend_mm_storage *storage);    
    zend_mm_segment* (*_alloc)(zend_mm_storage *storage, size_t size);    //内存分配函数    
    zend_mm_segment* (*_realloc)(zend_mm_storage *storage, zend_mm_segment *ptr, size_t size);    //重新分配内存函数    
    void (*_free)(zend_mm_storage *storage, zend_mm_segment *ptr);    //释放内存函数    
} zend_mm_mem_handlers;    
     
struct _zend_mm_storage {    
    const zend_mm_mem_handlers *handlers;    //处理函数集    
    void *data;    
};    
 

　　内存的分配方式，调用的函数是_zend_mm_storage结构中的处理函数集，而内存是以段的形式表现的。

　　4种内存方案

　　PHP在存储层共有4种内存分配方案: malloc，win32，mmap_anon，mmap_zero。默认使用malloc分配内存，如果设置了ZEND_WIN32宏，则为windows版本，调用HeapAlloc分配内存，剩下两种内存方案为匿名内存映射，并且PHP的内存方案可以通过设置变量来修改。

　　官方说明如下：

　　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.

　　在代码中，对于这4种内存分配方案，分别对应实现了zend_mm_mem_handlers中的各个处理函数。配合代码的简单说明如下：

/* 使用mmap内存映射函数分配内存 写入时拷贝的私有映射，并且匿名映射，映射区不与任何文件关联。*/    
# 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内存映射函数分配内存 写入时拷贝的私有映射，并且映射到/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分配内存 windows版本 关于这点，注释中写的是VirtualAlloc() to allocate memory，实际在程序中使用的是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分配内存 默认为此种分配 如果有加ZEND_WIN32宏，则使用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}    
};    
 

　　关于匿名内存映射的优点

　　mmem_zero方案：

       (SVR 4 ) /dev/zero Memory Mapping 

　　1. 可以将伪设备 “/dev/zero” 作为参数传递给mmap而创建一个映射区。/dev/zero的特殊在于，对于该设备文件所有的读操作都返回值为0的指定长度的字节流 ，任何写入的内容都被丢弃。我们的兴趣在于用它来创建映射区，用/dev/zero创建的映射区，其内容被初始为0。

　　2. 使用/dev/zero的优点在于，mmap创建映射区时，不需要一个时间存在的文件，伪文件 /dev/zero 就足够了。缺点是只能用在相关进程间。相对于相关进程间的通信，使用线程间通信效率要更高一些。不管使用那种技术，对共享数据的访问都需要进行同步。

　　mmem_anon方案：

　　(4.4 BSD) Anonymous Memory Mapping

　　1. 匿名内存映射与使用/dev/zero类型，都不需要真实的文件。要使用匿名映射之需要向mmap传入MAP_ANON标志，并且fd参数置为-1。

　　2. 所谓匿名，指的是映射区并没有通过fd与文件路径名相关联。匿名内存映射用在有血缘关系的进程间。

　　win32方案中堆内存分配的声明

　　函数HeapAlloc声明如下：

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是进程堆内存开始位置。

◆dwFlags是分配堆内存的标志。

◆dwBytes是分配堆内存的大小。

　　初始化

　　在zend_mm_startup启动时，程序会根据配置设置内存分配方案和段分配大小，如下所示代码：

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;    
    }    
     
    //....代码省略    
}    
 

　　第1121~1138行遍历整个mem_handlers数组，确认内存分配方案，如果没有设置ZEND_MM_MEM_TYPE变量，默认使用malloc方案，如果是windows(即ZEND_WIN32)，则默认使用win32方案，如果设置了ZEND_MM_MEM_TYPE变量，则采用设置的方案。

　　第1140~1152行确认段分配大小，如果设置了ZEND_MM_SEG_SIZE变量，则使用设置的大小，此处会判断所设置的大小是否满足2的倍数，并且大于或等于ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE + ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE;如果没有设置没使用默认的ZEND_MM_SEG_SIZE。