详解PHP内存池中的存储层

chinaab

　　PHP的内存管理器是分层（hierarchical）的。这个管理器共有三层：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：

• /*Heapswithuserdefinedstorage*/
  
• typedefstruct_zend_mm_storagezend_mm_storage;
  
• 
  
• typedefstruct_zend_mm_segment{
  
• size_tsize;
  
• struct_zend_mm_segment*next_segment;
  
• }zend_mm_segment;
  
• 
  
• typedefstruct_zend_mm_mem_handlers{
  
• constchar*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_tsize);//内存分配函数
  
• zend_mm_segment*(*_realloc)(zend_mm_storage*storage,zend_mm_segment*ptr,size_tsize);//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{
  
• constzend_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。*/
  
• #defineZEND_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。*/
  
• #defineZEND_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()toallocatememory，实际在程序中使用的是HeapAlloc*/
  
• #defineZEND_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*/
  
• #defineZEND_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}
  
• 
  
• staticconstzend_mm_mem_handlersmem_handlers[]={
  
• #ifdefHAVE_MEM_WIN32
  
• ZEND_MM_MEM_WIN32_DSC,
  
• #endif
  
• #ifdefHAVE_MEM_MALLOC
  
• ZEND_MM_MEM_MALLOC_DSC,
  
• #endif
  
• #ifdefHAVE_MEM_MMAP_ANON
  
• ZEND_MM_MEM_MMAP_ANON_DSC,
  
• #endif
  
• #ifdefHAVE_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：
  
  
  
  
  • (SVR4)/dev/zeroMemoryMapping
    
  
  　　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：
  
  
  
  
  • (4.4BSD)AnonymousMemoryMapping
    
  
  　　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(
    
  • __inDWORDflOptions,
    
  • __inSIZE_TdwInitialSize,
    
  • __inSIZE_TdwMaximumSize
    
  • );
    
  • 
    
  • WINBASEAPI
    
  • BOOL
    
  • WINAPI
    
  • HeapDestroy(
    
  • __inHANDLEhHeap
    
  • );
    
  • 
    
  • WINBASEAPI
    
  • __bcount(dwBytes)
    
  • LPVOID
    
  • WINAPI
    
  • HeapAlloc(
    
  • __inHANDLEhHeap,
    
  • __inDWORDdwFlags,
    
  • __inSIZE_TdwBytes
    
  • );
    
  • 
    
  • 
    
  • WINBASEAPI
    
  • BOOL
    
  • WINAPI
    
  • HeapFree(
    
  • __inoutHANDLEhHeap,
    
  • __inDWORDdwFlags,
    
  • __derefLPVOIDlpMem
    
  • );
    
  • 
    
  • WINBASEAPI
    
  • SIZE_T
    
  • WINAPI
    
  • HeapSize(
    
  • __inHANDLEhHeap,
    
  • __inDWORDdwFlags,
    
  • __inLPCVOIDlpMem
    
  • );
    
  
  　　◆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_APIzend_mm_heap*zend_mm_startup(void)
    
  • {
    
  • inti;
    
  • size_tseg_size;
    
  • 
    char*mem_type=getenv("ZEND_MM_MEM_TYPE");
    
  • char*tmp;
    
  • constzend_mm_mem_handlers*handlers;
    
  • zend_mm_heap*heap;
    
  • 
    
  • 
    if(mem_type==NULL){
    
  • 
    i=0;
    
  • }else{
    
  • 
    for(i=0;mem_handlers.name;i++){
    
  • if(strcmp(mem_handlers.name,mem_type)==0){
    
  • break;
    
  • }
    
  • }
    
  • if(!mem_handlers.name){
    
  • fprintf(stderr,"Wrongorunsupportedzend_mmstoragetype'%s'\n",mem_type);
    
  • fprintf(stderr,"supportedtypes:\n");
    
  • 
    for(i=0;mem_handlers.name;i++){
    
  • fprintf(stderr,"'%s'\n",mem_handlers.name);
    
  • }
    
  • exit(255);
    
  • }
    
  • }
    
  • 
    handlers=&mem_handlers;
    
  • 
    
  • 
    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_SIZEmustbeapoweroftwo\n");
    
  • exit(255);
    
  • 
    }elseif(seg_size<ZEND_MM_ALIGNED_SEGMENT_SIZE+ZEND_MM_ALIGNED_HEADER_SIZE){
    
  • fprintf(stderr,"ZEND_MM_SEG_SIZEistoosmall\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。