php的扩展和嵌入--php内存管理

最新推荐文章于 2025-05-30 07:16:44 发布

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#内存管理 #内存泄漏 #语言 #php

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本文深入探讨PHP内存管理机制，包括Zend内存管理、内存回收、引用计数、Copy-on-Write和Change-on-Write机制等内容。

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php对内存的管理机制相当的详尽，它在这一点上更类似与java的垃圾回收机制。而对于c语言或者c++大部分时候都只能由程序员自己把申请的空间释放掉。在php中，由于要应对成千上万的连接，同时这些连接往往还需要保持很长的时间。这并不同于c中程序结束了相应的内存块就会被回收。

所以仅仅依靠程序员在写程序的时候注意内存回收是不够的，php肯定要有一些自己内部的、与连接相关的内存管理机制来保证不发生任何的内存泄露。

在本文中，首先对php的内存机制进行一个介绍：

那些在c语言中的空间函数，比如malloc() free() strdup() realloc() calloc()，php中会有不同的形式。

返还申请的内存：对于程序员来说，每一块申请的内存都应该返还，如果不还就会导致内存泄漏。在那些不要求一直运行的程序中，稍许的内存泄漏在整个进程被杀掉之后就结束了。但是类似于apache这种一直运行的web server，小的内存泄漏最终会导致程序的崩溃。

错误处理的例子：

在进行错误处理的时候，采用的机制一般是是Zend Engine会设定一个跳出地址，一旦发生exit或die或任何严重错误E_ERROR的时候，就会利用一个longjmp()跳到这个地址上面去。但是这种做法几乎都会导致内存泄漏。因为free的操作都会被跳掉。（这个问题在c++里面也同样存在，就是在设计类的时候，绝不要把错误处理或告警函数写在构造或者析构函数内，同样的原因，由于对象已经处在了销毁或创建的阶段，所以任何错误函数处理都可能打断这一过程，从而可能导致内存泄漏。）

下面的代码中就给出了这样的一个例子：

<span style="font-family:SimSun;">void call_function(const char *fname, int fname_len TSRMLS_DC)
{
    zend_function *fe;
    char *lcase_fname;
    /* PHP function names are case-insensitive to simplify locating them in the function tables all function names are implicitly
     * translated to lowercase
     */
    lcase_fname = estrndup(fname, fname_len);//创造一个函数名的副本
    zend_str_tolower(lcase_fname, fname_len);//都转换成小写，这样的寻找的时候很方便，这应该也是php函数表中进行函数标识的方式。
    if (zend_hash_find(EG(function_table),
            lcase_fname, fname_len + 1, (void **)&fe) == FAILURE) {？SUCCESS。这个是要在函数表里面寻找待调用的函数。
        zend_execute(fe->op_array TSRMLS_CC);
    } else {
              php_error_docref(NULL TSRMLS_CC, E_ERROR,
                         "Call to undefined function: %s()", fname); //等同于Trigger_error() 
    }
    efree(lcase_fname);
}</span>

在这个例子中，提供了一个php在调用函数时候的功能。当php调用函数时，需要到函数表也就是function_table中去寻找相应的函数，而在寻找之前要先转换到小写字母，这样在寻找的时候可以提高查找的效率。

而通过zend_hash_find函数如果找到了要调用的函数，就使用zend_execute进行调用。而如果没找到的haunted就要跳出报错，显示没找到。但是问题来了，注意之前为了寻找函数创建了一个小写版本的函数名字符串。这个字符串一直到用到zend_hash_find函数，一旦没找到进入了报错之后，那么这个字符串所对应的内存空间必然就找不回来了，这就造成了内存的泄露。

因此，php提供了Zend内存管理，Zend memory management也称为ZendMM。

php中的内存管理与操作系统的机制类似，但是对象是针对每一个请求所涉及的内存的。
除此之外ZendMM还会控制ini文件里面规定的memory_limit，也就是说一旦每个请求所要求的内存超过了这个memory limit，那么也会申请失败。
在图中的最下面看到了它与操作系统相联系的一层。针对操作系统中的标准的内存申请和释放的方法，php中都有对应的函数。这些函数并不是一个简单的替换，它们中包含有特定的信息，在这些信息的帮助下就能够把每个请求所申请的内存块进行标识。这样就能够实现对每个请求的内存区域进行分别的管理。
同时在图中看到了一共两种内存请求的方式：persistent和per-request，对于persistent来说差不多跟系统的请求就一样了，也就是说是独立在每一个请求之外的，不会在请求结束之后被回收。但是有时候是否persistent可能要runtime才能知道，所以在这种情况下，需要一个flag来指示这一点。对于是否是persistent，进行内存请求的方式是不一样的。下面给出对应关系：
- pemalloc(buffer_len,1) == malloc(buffer_len)
- permalloc(buffer_len,0) == emalloc(buffer_len)这种联系是用宏定义的方式决定的
- #define pemalloc(size,persistent) \
- - - ((persistent)?malloc(size):emalloc(size))
- flag=1表示是persistent的，为0表示不是，就跟一般的附属于请求的emalloc一样了。

下图中可以看到系统的内存申请函数与php中的内存申请函数的对比转换图：

如果你对malloc、calloc和realloc这些函数还不太熟悉，请移步：

http://www.cppblog.com/sandywin/archive/2011/09/14/155746.html

除此之外，还有两个 安全模式的内存函数：

void *safe_emalloc(size_t size, size_t count, size_t addtl);
void *safe_pemalloc(size_t size, size_t count, size_t addtl, char persistent);

他们申请的空间是 size*count + addtl，存在的原因是为了避免int型的溢出。

接下来说一个更有趣的，php中的引用计数：

很多语言中都有引用，很多时候也都会使用引用。通过引用可以节省空间，因为有时候并没有必要为每个变量都制造一个副本。

所谓引用计数，就是指同一块内存空间被多少个变量引用了，从而避免可能的内存错误操作。

先看下面的一段代码：

	* {
	*     zval *helloval;
	*     MAKE_STD_ZVAL(helloval);
	*     ZVAL_STRING(helloval, "Hello World", 1);
	*     zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "a", sizeof("a"),
	*                                            &helloval, sizeof(zval*), NULL);
	*     zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "b", sizeof("b"),
	*                                            &helloval, sizeof(zval*), NULL);
	* }

这段代码首先声明了一个zval变量，再用MAKE_STD_ZVAL进行了初始化，接下来用ZVAL_STRING附了初值。然后对这个变量，给出了两个变量名。第一个是a，第二个是b，毫无疑问，第二个肯定是一个引用。但是这段代码这么写肯定有问题，问题就在于你在用zend_hash_add之后并没有更新相应的引用计数。zend并不知道你多加了这么一个引用，这就导致释放内存的时候可能导致两次释放。所以经过修改之后的正确代码如下：

	* {
	*     zval *helloval;
	*     MAKE_STD_ZVAL(helloval);
	*     ZVAL_STRING(helloval, "Hello World", 1);
	*     zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "a", sizeof("a"),
	*                                            &helloval, sizeof(zval*), NULL);
	*     <strong>ZVAL_ADDREF(helloval);</strong>//加上这个之后，就不会有重新释放同一块内存空间这样的错误了
	*     zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "b", sizeof("b"),
	*                                            &helloval, sizeof(zval*), NULL);
	* }

进行了ZVAL_ADDREF之后，下一次unset变量的时候，会先查看ref_count引用计数，如果=1就释放，如果>1就只是-1，并不进行内存释放。

Copy on Write

再来看下面的这一段php代码：

<?php
    $a = 1;
    $b = $a;
    $b += 5;
?>

很显然在第二行的时候b声明了一个a的引用，那么在执行完了第三行的代码之后，b增加了，a增不增加呢？很多时候可能并不想增加。所以这个时候当Zend检测到refCount>1之后，就会执行一个变量分离的操作，把原来的一块内存变成两块内存：

zval *get_var_and_separate(char *varname, int varname_len TSRMLS_DC)
{
    zval **varval, *varcopy;
    if (zend_hash_find(EG(active_symbol_table),
                       varname, varname_len + 1, (void**)&varval) == FAILURE) {
       /*符号表里没找到 */
       return NULL;
   }
   if ((*varval)->refcount < 2) {
       /* varname 是唯一的引用，什么也不用做 */
       return *varval;
   }
   /* 否则的话，不是唯一的引用，给zval*做一个副本 */
       MAKE_STD_ZVAL(varcopy);
       varcopy = *varval;
   /* Duplicate any allocated structures within the zval* */
       zval_copy_ctor(varcopy); //这一块是怎么拷贝的？mark 应该已经跟varval对应的varname连起来了
   /* 把varname的版本删掉，这会减少varval的引用次数 */
       zend_hash_del(EG(active_symbol_table), varname, varname_len + 1);
   /* 初始化新创造的值的引用次数，然后附给varname变量 */
       varcopy->refcount = 1;
       varcopy->is_ref = 0;
       zend_hash_add(EG(active_symbol_table), varname, varname_len + 1,
                                        &varcopy, sizeof(zval*), NULL);
   /* Return the new zval* */
   return varcopy;
}

首先看到了两个判断语句，第一个判断语句先在符号表里面看看有没有找到相应的变量，如果没找到也就没必要分离了。第二个判断语句是看输入的变量的引用次数是不是小于2，如果是的话那就说明输入变量*varval是唯一的，也没必要分离。

否则的话肯定有引用，这个时候就要制作一个副本varcopy。这个副本会承袭varname对应的值，但是不同之处在于帮它重新申请了内存空间，重新初始化了refcount和is_ref参数。

以a、b为例，在$b+=5，执行之后，b作为varname去寻找是否有引用，发现还有一个引用a，这个时候就把b的值拷出来，然后重新申请一片空间，在重新注册为b。这样的话就是两块独立的内存块了。

Change on Write

再看一个代码片段：

<?php
    $a = 1;//执行完这一句之后，a变量的ref_count是1，is_ref是0
    $b = &$a;//这一句之后，变量（zval*）的ref_count是2，然后由于显示的&，is_ref为1
    $b += 5;// 这个时候在执行这一句的时候就不会有任何的分离
?>

如果你觉得想要a跟着b一起改变，那没有问题，只要显式的用&符号进行引用声明就可以了。这样的话is_ref标志位就会被置1. 这时候也就没必要进行内存块的分离了。所以在上面的代码中要把第二个if语句的判断更改一下：

if ((*varval)->is_ref || (*varval)->refcount < 2) {
    /* varname is the only actual reference,
     * or it's a full reference to other variables
     * either way: no separating to be done
     */
    return *varval;
}

再看最后一种情况，这种情况最纠结：

<?php
    $a = 1;
    $b = $a;
    $c = &$a;
?>

既不是copy on write也不是change on wirte，那没办法了，只好分离一下。这里只好b独立出来了：

对php内存管理的一些机制就说到这里，感觉php确实是一门相当神奇的语言。哈哈。

原文链接http://meijing0114.com/2014/12/13/2/