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nginx共享內(nèi)存的機(jī)制詳解

 更新時間:2022年03月21日 09:03:12   作者:響箭零零一  
在nginx的進(jìn)程模型下,類似流量統(tǒng)計、流量控制、數(shù)據(jù)共享、等需要多個工作進(jìn)程共同配合完成任務(wù),共享內(nèi)存是一個重要的進(jìn)程通訊的方案,本文主要介紹了nginx共享內(nèi)存的機(jī)制詳解,感興趣的可以了解一下

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。

在這里插入圖片描述

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:

在這里插入圖片描述

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。

在這里插入圖片描述

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。

在這里插入圖片描述

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;
}

到此這篇關(guān)于nginx共享內(nèi)存的機(jī)制詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)nginx共享內(nèi)存內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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