php内存管理详解

在C中直接使用malloc、free进行内存的分配和释放，但频繁的分配和释放内存会产生内存碎片、降低系统性能，php的变量的分配和释放会非常的频繁、若直接通过malloc的方式爱进行分配、会造成严重的性能问题，作为语言级的应用、这种损耗不太能接受、所以php实现了自己的内存池ZendMM，来替代glibc的malloc和free、以解决内存频繁分配、释放的问题。
它定义了chunk、page、slot三种粒度的内存操作，每个chunk的大小为2MB、每个page 4kB，一个chunk切割成512个page、每个page切割成若干个slot，申请内存时、按照申请的大小、执行不同的分配策略
huge：大于2MB，直接调用系统分配，分配若干个chunk
large：申请内存大于3092B(3/4page)、小于2044kb(511page)分配若干个page
small：申请内存小于3092B,内存池提前定义好了30种不同大小的内存(8、16、32...、3072)，它们分布在不同的page上、申请内存时直接在相应的内存上查找相应的slot，内存池通过zend_mm_heap结构存储内存池的主要信息，比如大内存链表、chunk链表、slot各大小内存链表等
大内存分配的实际上是若干个chunk，然后通过一个zend_mm_huge_list结构进行管理，大内存之间构成单向链表
chunk是内存池向系统申请、释放内存的最小粒度，chunk之间构成双向链表，第一个chunk的地址保存于zend_mm_heap->main_chunk,第一个page的内存用于保存chunk自己的结构体成员，比如前后chunk的指针、当前chunk各page的使用情况等
相同大小的slot之间构成单链表

内存池的初始化在php_module_startup阶段完成、初始化过程主要是分配heap结构，这个过程在start_memory_manager过程完成，如果是多线程环境，则会为每一个线程分配一个内存池，线程之间互不影响，初始化时会根据环境变量use_zend_alloc_huge_pages来设定是否开启内存大页，非线程安全环境下、分配的heap会保存到alloc_globals中也就是AG宏，需要注意的是，zend_mm_heap这个结构不是单独分配的，嵌入在chunk结构体中，，因为chunk结构体占用了一个page、但实际上它用不了那么大的内存，为了尽可能利用空间、就把它放在了这里

内存分配： 1. huge超过2MB的内存分配，分配时，会将它对齐到n个chunk，还会分配一个zned_mm_huge_list结构，管理所有的huge内存，内存对齐的过程是内存池在申请后自己调整的，而不是简单的由操作系统来完成，会先按照实际大小申请一次，如果刚好可以达到内存对齐、无需调整、直接返回使用，如果不是ZEND_MM_CHUNK_SIZE(2MB)的整数倍，则zendMM会释放掉这块儿内存，然后按照实际内存大小+ZEND_MM_CHUNK_SIZE再申请一次，多申请的那块是用来调整的 2. large分配：申请的内存大小在3072B(3/4page)和2044k(511个page)之间时，内存池会在chunk上查找对应数量的page返回，large的申请粒度是page，chunk上有free_map和map两个成员用于记录page的分配信息
free_map就是512bit，用来记录该chunk上page的分配情况，已使用则置位1
map用来记录page的分配类型及分配的page页数，每个page对应一个数组成员，最高2位记录page的分配类型、01是large、10是small，分配时从第一个chunk开始遍历、依次查找chunk是否有满足要求的page，若当前chunk没有合适的、则查找下一个chunk，若直到最后都没有合适的、则重新分配一个chunk，申请时，不知谁查找到足够页数的page、而是尽可能的填满chunk的空隙，尽可能的与已分配的page连接在一起，避免中间出现page空隙(以减少后续分配时的查找次数) 1）从第一个chunk分组(0~63)开始检查，当前分组有可用page、先检测当前page的bit位、找到第一个和最后一个空闲page的位置，如果不够则把这些page都标记为1(已分配)、进行查找其它分组，如果page恰好、则直接使用、中断检索，如果page比需要的大、表示可用，但不是最优的，会接着查找其它chunk直到最后比较出来一个最优的(可最大程度利用page的) 2）找到合适的page后、就设置相应的page信息、即free_map和map信息然后返回page地址 3. small分配：
会先检查相应规格的内存是否已分配、若未分配或者分配已使用完、则申请相应页数的page、page的分配过程与large分配一致，申请到page之后，按照固定大小切割成slot、slot之间用单链表连接，链表头部保存至AG(mm_heap)->free_slot

内存池释放的粒度是chunk，通过efree来完成1. huge内存的释放、large、smal类型的因为chunk的第一个page被占用、所以不可能是相对chunk的偏移量为0，由此区分chunk类型和large、small类型，释放时，之间将占用的chunk释放、同时从AG链表删除2. large内存的释放：若计算得到offset不为0，表示该地址是large或者small内存、然后根据offset算出是第几个page、得到page之后可以从chunk->map中得到page的分配类型、就可以释放指定类型的内存了，large并不会直接释放、而是将page的分配信息置为未分配、若释放后、发现该chunk下都是未分配的，则释放chunk、释放时优选选择把chunk移到AG,缓存数达到一定值后就不再继续缓存新加入的chunk、将内存归还系统、避免占用过多的内存，在分配chunk时若发现chached_chunks中有缓存的chunk直接取出使用、不向系统发出申请3. small类型的释放、直接将释放的slot插回该规则slot的可用链表的头部即可、比较简单

在C中直接使用malloc、free进行内存的分配和释放，但频繁的分配和释放内存会产生内存碎片、降低系统性能，php的变量的分配和释放会非常的频繁、若直接通过malloc的方式爱进行分配、会造成严重的性能问题，作为语言级的应用、这种损耗不太能接受、所以php实现了自己的内存池ZendMM，来替代glibc的malloc和free、以解决内存频繁分配、释放的问题

它定义了chunk、page、slot三种粒度的内存操作，每个chunk的大小为2MB、每个page 4kB，一个chunk切割成512个page、每个page切割成若干个slot，申请内存时、按照申请的大小、执行不同的分配策略
huge：大于2MB，直接调用系统分配，分配若干个chunk
large：申请内存大于3092B(3/4page)、小于2044kb(511page)分配若干个page
small：申请内存小于3092B,内存池提前定义好了30种不同大小的内存(8、16、32...、3072)，它们分布在不同的page上、申请内存时直接在相应的内存上查找相应的slot，内存池通过zend_mm_heap结构存储内存池的主要信息，比如大内存链表、chunk链表、slot各大小内存链表等
大内存分配的实际上是若干个chunk，然后通过一个zend_mm_huge_list结构进行管理，大内存之间构成单向链表
chunk是内存池向系统申请、释放内存的最小粒度，chunk之间构成双向链表，第一个chunk的地址保存于zend_mm_heap->main_chunk,第一个page的内存用于保存chunk自己的结构体成员，比如前后chunk的指针、当前chunk各page的使用情况等
相同大小的slot之间构成单链表

内存池的初始化在php_module_startup阶段完成、初始化过程主要是分配heap结构，这个过程在start_memory_manager过程完成，如果是多线程环境，则会为每一个线程分配一个内存池，线程之间互不影响，初始化时会根据环境变量use_zend_alloc_huge_pages来设定是否开启内存大页，非线程安全环境下、分配的heap会保存到alloc_globals中也就是AG宏，需要注意的是，zend_mm_heap这个结构不是单独分配的，嵌入在chunk结构体中，，因为chunk结构体占用了一个page、但实际上它用不了那么大的内存，为了尽可能利用空间、就把它放在了这里

内存分配： 1. huge超过2MB的内存分配，分配时，会将它对齐到n个chunk，还会分配一个zned_mm_huge_list结构，管理所有的huge内存，内存对齐的过程是内存池在申请后自己调整的，而不是简单的由操作系统来完成，会先按照实际大小申请一次，如果刚好可以达到内存对齐、无需调整、直接返回使用，如果不是ZEND_MM_CHUNK_SIZE(2MB)的整数倍，则zendMM会释放掉这块儿内存，然后按照实际内存大小+ZEND_MM_CHUNK_SIZE再申请一次，多申请的那块是用来调整的 2. large分配：申请的内存大小在3072B(3/4page)和2044k(511个page)之间时，内存池会在chunk上查找对应数量的page返回，large的申请粒度是page，chunk上有free_map和map两个成员用于记录page的分配信息
free_map就是512bit，用来记录该chunk上page的分配情况，已使用则置位1
map用来记录page的分配类型及分配的page页数，每个page对应一个数组成员，最高2位记录page的分配类型、01是large、10是small，分配时从第一个chunk开始遍历、依次查找chunk是否有满足要求的page，若当前chunk没有合适的、则查找下一个chunk，若直到最后都没有合适的、则重新分配一个chunk，申请时，不知谁查找到足够页数的page、而是尽可能的填满chunk的空隙，尽可能的与已分配的page连接在一起，避免中间出现page空隙(以减少后续分配时的查找次数) 1）从第一个chunk分组(0~63)开始检查，当前分组有可用page、先检测当前page的bit位、找到第一个和最后一个空闲page的位置，如果不够则把这些page都标记为1(已分配)、进行查找其它分组，如果page恰好、则直接使用、中断检索，如果page比需要的大、表示可用，但不是最优的，会接着查找其它chunk直到最后比较出来一个最优的(可最大程度利用page的) 2）找到合适的page后、就设置相应的page信息、即free_map和map信息然后返回page地址 3. small分配：
会先检查相应规格的内存是否已分配、若未分配或者分配已使用完、则申请相应页数的page、page的分配过程与large分配一致，申请到page之后，按照固定大小切割成slot、slot之间用单链表连接，链表头部保存至AG(mm_heap)->free_slot


内存池释放的粒度是chunk，通过efree来完成1. huge内存的释放、large、smal类型的因为chunk的第一个page被占用、所以不可能是相对chunk的偏移量为0，由此区分chunk类型和large、small类型，释放时，之间将占用的chunk释放、同时从AG链表删除2. large内存的释放：若计算得到offset不为0，表示该地址是large或者small内存、然后根据offset算出是第几个page、得到page之后可以从chunk->map中得到page的分配类型、就可以释放指定类型的内存了，large并不会直接释放、而是将page的分配信息置为未分配、若释放后、发现该chunk下都是未分配的，则释放chunk、释放时优选选择把chunk移到AG,缓存数达到一定值后就不再继续缓存新加入的chunk、将内存归还系统、避免占用过多的内存，在分配chunk时若发现chached_chunks中有缓存的chunk直接取出使用、不向系统发出申请3. small类型的释放、直接将释放的slot插回该规则slot的可用链表的头部即可、比较简单。

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