PHP7内核剖析9之内存管理

1.Zend内存池

内存池是内核中最底层的内存操作，定义了三种粒度的内存块：chunk、page、slot，每个chunk的大小为2M，page大小为4KB，一个chunk被切割为512个page，而一个或若干个page被切割为多个slot，所以申请内存时按照不同的申请大小决定具体的分配策略：

Huge(chunk): 申请内存大于2M，直接调用系统分配，分配若干个chunk
Large(page): 申请内存大于3K(3/4 page_size)，小于2044K(511 page_size)，分配若干个page
Small(slot): 申请内存小于等于3K(3/4 page_size)

2.zend堆结构

chunk由512个page组成，其中第一个page用于保存chunk结构，剩下的511个page用于内存分配，page主要用于Large、Small两种内存的分配；heap是表示内存池的一个结构，它是最主要的一个结构，用于管理上面三种内存的分配，Zend中只有一个heap结构。

3.内存分配

Huge分配

超过2M内存的申请，与通用的内存申请没有太大差别，只是将申请的内存块通过单链表进行了管理。huge的分配实际就是分配多个chunk，chunk的分配也是large、small内存分配的基础，它是ZendMM向系统申请内存的唯一粒度。在申请chunk内存时有一个关键操作，那就是将内存地址对齐到ZEND_MM_CHUNK_SIZE，也就是说申请的chunk地址都是ZEND_MM_CHUNK_SIZE的整数倍

Large分配

大于3/4的page_size(4KB)且小于等于511个page_size的内存申请，也就是一个chunk的大小够用(之所以是511个page而不是512个是因为第一个page始终被chunk结构占用)，如果申请多个page的话分配的时候这些page都是连续的 。如果直到最后一个chunk也没找到则重新分配一个新的chunk并插入chunk链表,

chunk->free_map利用bitmap来记录每组的page的使用情况

a.首先会直接跳过group1，直接到group2检索
b.在group2中找到第一个可用page位置：67，然后向下找第一个不可用page位置：69，找到的可用内存块长度为2，小于3，表示此内存块不可用
c.接着再次在group2中查找到第一个可用page位置：71,然后向下找到第一个不可用page位置：75,内存块长度为4，大于3，表示找到一个符合的位置，虽然已经找到可用内存块但并不"完美"，先将这个并不完美的page_num及len保存到best、best_len，如果后面没有比它更完美的就用它了
d.再次检索，发现group2已无可用page，进入group3，找到可用内存位置：page 130-132，大小比c中找到的合适，所以最终返回的page就是130-132
e.page分配完成后会将free_map对应整数的bit位从page_num至(page_num+page_count)置为1

Small分配

small内存指的是小于(3/4 page_size)的内存，这些内存首先也是申请了1个或多个page，然后再将这些page按固定大小切割了，所以第一步与上一节Large分配完全相同。small内存总共有30种固定大小的规格：8,16,24,32,40,48,56,64,80,96,112,128 ... 1792,2048,2560,3072 Byte，我们把这称之为slot，这些slot的大小是有规律的:最小的slot大小为8byte，前8个slot依次递增8byte，后面每隔4个递增值乘以2

step1: 首先根据申请内存的大小在heap->free_slot中找到对应的slot规格bin_num，如果当前slot为空则首先分配对应的page，free_slot[bin_num]始终指向第一个可用的slot
step2: 如果申请内存大小对应的的slot链表不为空则直接返回free_slot[bin_num]，然后将free_slot[bin_num]指向下一个空闲位置
step3: 释放内存时先将此内存的next_free_slot指向free_slot[bin_num]，然后将free_slot[bin_num]指向释放的内存，也就是将释放的内存插到链表头部

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