nginx 内存池 ngx_pool_t
nginx 是自己实现了内存池的，所以在 nginx ngx_pool_t 这个结构也随处可见，这里主要分析一下内存池的分配逻辑。
内存池实现了包括小块内存、大块内存和清理资源几种资源的处理，应该来说覆盖了绝大数的使用场景了。
文章相关视频讲解：
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高性能服务器为什么需要内存池？内存如何分配？ 如何设计内存 ？
Nginx源码分析之内存池与线程池
相关结构定义
// 大块内存typedef struct ngx_pool_large_s ngx_pool_large_t;struct ngx_pool_large_s { ngx_pool_large_t *next; // 下一个大块内存池 void *alloc; // 实际分配内存};
// 小块内存池typedef struct { u_char *last; // 可分配内存起始地址 u_char *end; // 可分配内存结束地址 ngx_pool_t *next; // 指向内存管理结构 ngx_uint_t failed; // 内存分配失败次数} ngx_pool_data_t;
// 内存池管理结构typedef struct ngx_pool_s ngx_pool_t;struct ngx_pool_s { ngx_pool_data_t d; // 小块内存池 size_t max; // 小块内存最大的分配内存，评估大内存还是小块内存 ngx_pool_t *current; // 当前开始分配的小块内存池 ngx_chain_t *chain; // chain ngx_pool_large_t *large; // 大块内存 ngx_pool_cleanup_t *cleanup; // 待清理资源 ngx_log_t *log; // 日志对象};
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ngx_pool_t 是整个内存池的管理结构，这种结构对于个内存池对象来说可能存在多个，但是对于用户而言，第一下访问的始终是创建时返回的那个。多个 ngx_pool_t 通过 d.next 来进行连接，current 指向 当前开始分配的小块内存池，注意 ngx_pool_data_t 在内存池结构的起始处，可以进行类型转换访问到不同的成员。
实现
内存对齐
#define ngx_align(d, a) (((d) + (a - 1)) & ~(a - 1))#define ngx_align_ptr(p, a) \ (u_char *) (((uintptr_t) (p) + ((uintptr_t) a - 1)) & ~((uintptr_t) a - 1))
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参考 ngx_align 值对齐宏 分析，ngx_align_ptr 同理
创建内存池
max 的最大值为 4095，当从内存池中申请的内存大小大于 max 时，不会从小块内存中进行分配。
ngx_uint_t ngx_pagesize = getpagesize(); // Linux 上是 4096#define NGX_POOL_ALIGNMENT 16#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL (ngx_pagesize - 1) // 4095
ngx_pool_t *ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log){ ngx_pool_t *p;
p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log); // 16 字节对齐申请 size 大小的内存 if (p == NULL) { return NULL; }
p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t); // 设置可分配内存的起始处 p->d.end = (u_char *) p + size; // 设置可分配内存的终止处 p->d.next = NULL; p->d.failed = 0; // 内存分配失败次数
size = size - sizeof(ngx_pool_t); // 设置小块内存可分配的最大值（小于 4095） p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;
p->current = p; // 设置起始分配内存池 p->chain = NULL; p->large = NULL; p->cleanup = NULL; p->log = log;
return p;}
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内存池创建后的结构逻辑如图所示：
内存申请
申请的内存块以 max 作为区分
void *ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size){#if !(NGX_DEBUG_PALLOC) if (size <= pool->max) { return ngx_palloc_small(pool, size, 1); }#endif
return ngx_palloc_large(pool, size);}
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小块内存申请
current 指向每次申请内存时开始检索分配的小块内存池，而 ngx_palloc_small 的参数 pool 在内存池没有回收时，是固定不变的。
static ngx_inline void *ngx_palloc_small(ngx_pool_t *pool, size_t size, ngx_uint_t align){ u_char *m; ngx_pool_t *p;
p = pool->current; // 从 current 处开始分配合适的内存
do { m = p->d.last;
if (align) { // 是否需要内存对齐 m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT); }
// 当前小块内存池的剩余容量满足申请的内存 if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) { p->d.last = m + size;
return m; // 一旦满足分配直接退出 }
p = p->d.next; // 不满足的情况下寻找下一个小块内存池
} while (p);
return ngx_palloc_block(pool, size); // 没有满足分配的内存池，再申请一个小块内存池}
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当在小块内存池中找到了合适的内存后的结构如下：
当没有小块内存池满足申请时，会再申请一个小块内存池来满足分配，在设置完 last 和 end 两个内存指示器后，对从 current 开始的内存池成员 failed 进行自增操作，并且当这个内存池的 failed 分配次数大于 4 时，表面这个内存分配失败的次数太多，根据经验应该下一次分配可能还是失败，所以直接跳过这个内存池，移动 current。
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新的内存块插入至内存池链表的尾端。
#define NGX_ALIGNMENT sizeof(unsigned long) // 8
static void *ngx_palloc_block(ngx_pool_t *pool, size_t size){ u_char *m; size_t psize; ngx_pool_t *p, *new;
psize = (size_t) (pool->d.end - (u_char *) pool); // 每一个内存池的大小都相同
m = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, psize, pool->log); // 16 字节对齐申请 if (m == NULL) { return NULL; }
new = (ngx_pool_t *) m;
new->d.end = m + psize; new->d.next = NULL; new->d.failed = 0;
m += sizeof(ngx_pool_data_t); m = ngx_align_ptr(m, NGX_ALIGNMENT); new->d.last = m + size;
for (p = pool->current; p->d.next; p = p->d.next) { if (p->d.failed++ > 4) { pool->current = p->d.next; } }
p->d.next = new; // 尾插法插入至链表末端
return m;}
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分配一块内存池后逻辑结构如下：
大块内存申请
大块内存是通过 large 连接的，并且都属于 ngx_create_pool 返回的 ngx_pool_t 结构。malloc 分配的内存由一个 ngx_pool_large_t 节点来挂载，而这个 ngx_pool_large_t 节点又是从小块内存池中分配的。
static void *ngx_palloc_large(ngx_pool_t *pool, size_t size){ void *p; ngx_uint_t n; ngx_pool_large_t *large;
p = ngx_alloc(size, pool->log); // 调用 malloc if (p == NULL) { return NULL; }
n = 0;
for (large = pool->large; large; large = large->next) { // 从large 中链表中找到 alloc 为 NULL 的节点，将分配的内存挂在该节点上 if (large->alloc == NULL) { large->alloc = p; return p; }
if (n++ > 3) { // 为了避免过多的遍历，限制次数为 0 break; } }
// 当遍历的 ngx_pool_large_t 节点中 alloc 都有指向的内存时，从小块内存中分配一个 ngx_pool_large_t 节点用于挂载新分配的大内存 large = ngx_palloc_small(pool, sizeof(ngx_pool_large_t), 1); if (large == NULL) { ngx_free(p); return NULL; }
large->alloc = p; large->next = pool->large; // 头插法 插入至大块内存链表中 pool->large = large;
return p;}
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第一次大块内存分配后的结构如下：
完整内存池结构逻辑
所有的内存池结构都通过 d.next 连接
前两个内存池结构的 current 都指向第三个内存池结构
所有的 ngx_pool_large_t 节点都是从小内存池中分配的
所有的 ngx_pool_large_t 节点都是连接在首个内存池结构上的
ngx_pool_large_t 节点的 alloc 被释放但 ngx_pool_large_t 节点不回收
总结
ngx_pool_t 内存分配方面
通过 current 和 d.next 来访问其他的内存池结构
插入方式
小块内存池通过尾插法插入至内存池链表的尾端
大块内存通过头插法插入至 large 链表的首部
限制次数
小内存分配失败（failed）次数大于 4 次后就不再作为分配内存的池子了
大内存只寻找 large 链表中前三节点是否可以挂载新分配的内存
内存对齐，多处内存对齐减少内存跨 cache 的数量
其实总体而言这是一个比较简单的内存池了，还是有一些内存浪费的地方，限制次数 可以说明这个情况，不过这也是在简单、高效和内存分配上的一个平衡了
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