nginx共享內(nèi)存的機(jī)制詳解
1 共享內(nèi)存申請
共享內(nèi)存申請比較簡單,這里采用的是Linux系統(tǒng)共享內(nèi)存分配的函數(shù)實現(xiàn)的。
#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> ngx_int_t ngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm) { int id; id = shmget(IPC_PRIVATE, shm->size, (SHM_R|SHM_W|IPC_CREAT)); if (id == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno, "shmget(%uz) failed", shm->size); return NGX_ERROR; } ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_CORE, shm->log, 0, "shmget id: %d", id); shm->addr = shmat(id, NULL, 0); if (shm->addr == (void *) -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno, "shmat() failed"); } if (shmctl(id, IPC_RMID, NULL) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno, "shmctl(IPC_RMID) failed"); } return (shm->addr == (void *) -1) ? NGX_ERROR : NGX_OK; } void ngx_shm_free(ngx_shm_t *shm) { if (shmdt(shm->addr) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno, "shmdt(%p) failed", shm->addr); } }
2 共享內(nèi)存實現(xiàn)原理
2.1 共享內(nèi)存組織
共享內(nèi)存的管理工作是在:ngx_cycle內(nèi)完成,主要是利用一個list進(jìn)行組織。
首先是ngx_list組織形式,采用的是將多個ngx_list_part單元串行組成的鏈表;同時每個ngx_list_part是由多個ngx_shm_zone_t組成構(gòu)成。這樣做的一個好處就是一次預(yù)先分配一個元素組,只有當(dāng)?shù)谝粋€元素組用完才會申請新的元素組。可以達(dá)到減少頻繁分配的問題。
這里需要展開對應(yīng)ngx_shm_zone單元的介紹:
首先是用戶定義自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并存入data中;第二部分是初始化函數(shù),用戶獲取到ngx_shm_zone_t 共享內(nèi)存單元的時候需要注冊自己數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化函數(shù),其中zone返回是當(dāng)前的共享內(nèi)存的數(shù)據(jù),而data返回的是上一次初始化的數(shù)據(jù)即歷史數(shù)據(jù);tag存放的是創(chuàng)建共享內(nèi)存的模塊;ngx_shm_t共享內(nèi)存基本信息包括地址,大小,名稱,log輸出位置等。
typedef struct { u_char *addr;//共享內(nèi)存地址 size_t size;//大小 ngx_str_t name;//名稱 ngx_log_t *log; ngx_uint_t exists; /* unsigned exists:1; */ } ngx_shm_t; typedef ngx_int_t (*ngx_shm_zone_init_pt) (ngx_shm_zone_t *zone, void *data); struct ngx_shm_zone_s { void *data;//用戶數(shù)據(jù) ngx_shm_t shm; //共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)體 ngx_shm_zone_init_pt init;//用戶數(shù)據(jù)的初始化函數(shù) void *tag;//創(chuàng)建的模塊 ngx_uint_t noreuse; /* unsigned noreuse:1; */ };
初始化函數(shù)具體調(diào)用位置是在創(chuàng)建完共享內(nèi)存后即進(jìn)行初始化ngx_init_cycle函數(shù)中進(jìn)行:
2.2 slab共享內(nèi)存管理機(jī)制
slab內(nèi)存分配方式是共享內(nèi)存的管理機(jī)制,主要是利用最優(yōu)選擇的思路,當(dāng)我們申請內(nèi)存塊時只會返回恰好符合請求大小的內(nèi)存塊?;驹硎前褍?nèi)存按照4k一頁分成若干頁,將每頁放置不同大小的內(nèi)存塊,然后利用bitmap在頁首進(jìn)行標(biāo)識內(nèi)存塊是否被使用。只需要變量bitmap查找空閑的內(nèi)存塊從而提高查找效率。
將存放不同大小的內(nèi)存塊的頁面利用鏈表順序串聯(lián),這樣利用slots數(shù)組存放鏈表的首頁。這樣可以直接根據(jù)要分配內(nèi)存大小進(jìn)行尋址。
這里還有一個小操作提高查找空閑內(nèi)存,當(dāng)一個頁面沒有空閑的內(nèi)存塊時需要從隊列中脫離變成一個單獨(dú)的節(jié)點。
2.3 slab與ngx_shm_zone_t 關(guān)系
整體的初始化動作是在ngx_init_zone_pool函數(shù)進(jìn)行:利用shm中addr存放slab_pool對象,并完成slab的初始化動作。
ngx_slab_pool_t *sp; sp = (ngx_slab_pool_t *) zn->shm.addr; sp->addr = zn->shm.addr; ngx_slab_init(sp);
3 共享內(nèi)存應(yīng)用
共享內(nèi)存的使用場景,這里分析ssl模塊的共享內(nèi)存使用方法,可以推廣到其他模塊使用。
首先是是進(jìn)行共享內(nèi)存的ngx_shm_zone_t分配,這是一個比較簡單的操作,從共享內(nèi)存返回一塊空閑的shm_zone.
ngx_shm_zone_t *shm_zone;//共享內(nèi)存單元 ngx_conf_t *cf;//ngx配置 ngx_str_t name;//共享內(nèi)存名稱 ngx_int_t n;//分配共享內(nèi)存的大小 ngx_module_t ngx_stream_ssl_module;//使用共享內(nèi)存的模塊,防止模塊間重名 scf->shm_zone = ngx_shared_memory_add(cf, &name, n,&ngx_stream_ssl_module);//從 if (scf->shm_zone == NULL) { return NGX_CONF_ERROR; } //初始化函數(shù)設(shè)置 scf->shm_zone->init = ngx_ssl_session_cache_init;
初始化函數(shù):data返回的是上一次分配的數(shù)據(jù),如果存在直接返回。否則先取出slab_pool進(jìn)程分配操作調(diào)用ngx_slab_alloc分配一個內(nèi)存塊大小,可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這里分配的是一個紅黑樹結(jié)構(gòu),分配完成后就可以直接初始化紅黑樹。
ngx_int_t ngx_ssl_session_cache_init(ngx_shm_zone_t *shm_zone, void *data) { size_t len; ngx_slab_pool_t *shpool; ngx_ssl_session_cache_t *cache; if (data) { shm_zone->data = data; return NGX_OK; } //獲取slab_pool shpool = (ngx_slab_pool_t *) shm_zone->shm.addr; if (shm_zone->shm.exists) { shm_zone->data = shpool->data; return NGX_OK; } //為數(shù)據(jù)分配slab內(nèi)存塊 cache = ngx_slab_alloc(shpool, sizeof(ngx_ssl_session_cache_t)); if (cache == NULL) { return NGX_ERROR; } //賦值到slab_pool管理 shpool->data = cache; shm_zone->data = cache; //紅黑樹數(shù)據(jù)初始化 ngx_rbtree_init(&cache->session_rbtree, &cache->sentinel, ngx_ssl_session_rbtree_insert_value); //隊列初始化 ngx_queue_init(&cache->expire_queue); //設(shè)置log len = sizeof(" in SSL session shared cache \"\"") + shm_zone->shm.name.len; //為log分配共享內(nèi)存 shpool->log_ctx = ngx_slab_alloc(shpool, len); if (shpool->log_ctx == NULL) { return NGX_ERROR; } //寫log ngx_sprintf(shpool->log_ctx, " in SSL session shared cache \"%V\"%Z", &shm_zone->shm.name); shpool->log_nomem = 0; return NGX_OK; }
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