Nginx 内存池机制
从 ngx_pool_t 结构到小块与大块内存的分配策略
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Nginx 的内存池设计得非常精妙，它在满足小块内存申请的同时，也处理大块内存的申请请求，同时还允许挂载自己的数据区域及对应的数据清理操作。
Nginx 内存池的实现主要集中在 src/core/ngx_palloc.{h,c} 中，一些支持函数位于 src/os/unix/ngx_alloc.{h,c} 中。这些支持函数主要是对原有的 malloc / free / memalign 等函数的封装。
Nginx 内存池中有两个非常重要的结构。一个是 ngx_pool_s，主要作为整个内存池的头部，管理内存池结点链表、大块内存链表、cleanup 链表等，具体结构如下：
// 该结构维护整个内存池的头部信息
struct ngx_pool_s {
ngx_pool_data_t d; // 数据块
size_t max; // 小块内存的最大值
ngx_pool_t *current; // 指向当前用于分配的内存池结点
ngx_chain_t *chain; // 可挂载一个 chain 结构
ngx_pool_large_t *large; // 大块内存链表，分配超过 max 的请求
ngx_pool_cleanup_t *cleanup; // 内存池销毁时同时释放的资源
ngx_log_t *log;
};另一个重要的结构是 ngx_pool_data_t，用于把具体的内存池结点连接起来：
// 内存池数据块信息
typedef struct {
u_char *last; // 当前分配位置
u_char *end; // 该结点的结束位置
ngx_pool_t *next; // 连接下一个内存池结点
ngx_uint_t failed; // 分配失败计数
} ngx_pool_data_t;此外还有大块内存结构和清理结构，二者都通过单链表组织：
// 大块内存结构
struct ngx_pool_large_s {
ngx_pool_large_t *next; // 下一个大块内存
void *alloc; // Nginx 分配出的大块内存空间
};
// cleanup 结构
struct ngx_pool_cleanup_s {
ngx_pool_cleanup_pt handler; // 数据清理的函数句柄
void *data; // 要清理的数据
ngx_pool_cleanup_t *next; // 连接至下一个
};特点
总结起来，Nginx 内存池具有如下特点：
- 原理：内存池是在真正使用内存之前，预先申请分配一定数量的、大小相等（一般情况下）的内存块留作备用。当有新的内存需求时，就从内存池中分出一部分内存块；若内存块不够用时，再继续申请新的内存。
- 好处：减少向系统申请和释放内存的时间开销，缓解内存频繁分配产生的碎片问题，提升程序性能。
- 按生命周期管理：Nginx 会为不同的对象分别创建内存池进行内存管理，例如一个 TCP 连接、一个 HTTP 请求等。在对应的生命周期结束时，会摧毁整个内存池，把分配的内存一次性归还给操作系统。
- 小块与大块内存的区分：在分配内存时，Nginx 区分小块内存与大块内存。对于小块内存，Nginx 会尝试在当前的内存池结点中分配；对于大块内存，则调用系统函数
malloc向操作系统申请。 - 小块内存不单独释放：在释放内存时，Nginx 没有专门提供针对小块内存的释放函数，小块内存会在
ngx_destroy_pool和ngx_reset_pool时一并释放。 - 大块内存可单独释放：针对大块内存，Nginx 提供了单独的释放函数
ngx_pfree（仅对挂在large链表上的大块内存生效，对小块内存返回NGX_DECLINED）。 - 大块与小块的分界线是一页内存：
p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL，其中NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL在src/core/ngx_palloc.h中定义为ngx_pagesize - 1，而ngx_pagesize在src/os/unix/ngx_posix_init.c中通过getpagesize()获取（在 x86/Linux 上通常为 4096，故阈值为 4095 字节）。 - 为何阈值取一页：大于一页的内存在物理上不一定是连续的，所以如果分配的内存大于一页，从内存池中使用和向操作系统重新申请，效率上差不多等价。