高并发服务器的设计--内存池的设计

http://blog.youkuaiyun.com/xiaofei_hah0000/article/details/8977538

不同的业务，设计也不尽相同，但至少都一些共同的追求，比如性能。

做服务器开发很多年了，有时候被人问到，服务器性能是什么呢？各种服务器间拼得是什么呢？

简单的回答就是QPS，并发数，但有时候想想也许也不对。

QPS与并发数是针对同样的业务而言的，业务不同，相同的服务器能承受的压力也会不同。

性能，也许可以打个俗点的比方：

服务器就是一艘船，性能就是船的容量，开的速度，行得是否稳当。

该用的用，该省的省。能用内存就别用IO，CPU则能少用就少用，相同的QPS，CPU和内存用的少点的性能就要比用的多点好，同样，QPS跑得多点的就比

跑得小点的性能要好，哪怕多用了点CPU和内存。

什么是性能的保障呢?

高效的事件模型，简单明了的业务架构，统一稳定的资源管理，外加纯熟的人员。

咱就从资源说起吧。

资源多半与IO有关，如果你看过我前面的文章，一定不会对连接池陌生，没错，连接是系统的一种IO资源，下面看看另一种IO资源：内存。

如果你看过apache, nginx之类服务器的代码，或者想入手，那么多半应该从内存管理开始。

与服务器性能息息相关，内存池的设计也追求快速与稳定，生命周期一般有下面三种:

global: 全局的内存，存放整个进程的全局信息。

conn: 每个连接的信息，从连接产生到关闭。

busi:业务相关的信息，伴随每个业务的产生到结束

下面定义一个简单的内存池：

[cpp] view plain copy print ?

1. typedef struct yumei_mem_buf_s yumei_mem_buf_t;  
2. typedef struct yumei_mem_pool_s yumei_mem_pool_t;  
3.   
4. struct yumei_mem_buf_s  
5. {  
6.     int                          size;  
7.     char                        *pos;  
8.     char                        *data;  
9.     yumei_mem_pool_t            *pool;  
10. };  
11.   
12. struct yumei_mem_pool_s  
13. {  
14.     int                          size;  
15.     char                        *data;  
16.     char                        *last;  
17.     yumei_mem_pool_t            *next;  
18.     yumei_mem_pool_t            *current;  
19. };  
20.   
21. yumei_mem_pool_t* yumei_mem_pool_create( int block_size, int block_num );  
22. int yumei_mem_pool_free( yumei_mem_pool_t  *pool );  
23. yumei_mem_buf_t* yumei_mem_malloc( yumei_mem_pool_t   *pool, int size );  
24. int yumei_mem_buf_free( yumei_mem_buf_t *buf );  

在每个连接开始的时候，创建连接唯一的内存池，存放IO数据，当要创建新业务时，创建业务内存池,业务处理完毕时释放内存池：

[cpp] view plain copy print ?

1. typedef struct yumei_busi_s yumei_busi_t;  
2.   
3. struct yumei_busi_s  
4. {  
5.     yumei_mem_pool_t      *pool;  
6.     ...  
7.     ...  
8.   
9. }  
10.   
11. #define yumei_BUSI_MEM_BLOCL_SIZE 512  
12. #define yumei_BUSI_MEM_BLOCK_NUM  32  
13.   
14. yumei_busi_t* yumei_busi_create()  
15. {  
16.     yumei_busi_t* busi;  
17.     yumei_pool_t* pool;  
18.     yumei_mem_buf_t* buf;  
19.     int size;  
20.   
21.     pool = yumei_mem_pool_create( yumei_BUSI_MEM_BLOCL_SIZE, yumei_BUSI_MEM_BLOCK_NUM );  
22.     if( !pool ){  
23.         return 0;  
24.     }  
25.   
26.     size = sizeof( yumei_busi_t );  
27.     buf = yumei_mem_buf_malloc( pool, size );  
28.   
29.     if( !buf ){  
30.         yumei_mem_pool_free( pool );  
31.         return 0;  
32.     }  
33.   
34.     busi = buf->data;  
35.   
36.     return busi;  
37.   
38. }  
39.   
40. #define YUMEI_BUSI_ERROR -1  
41. #define YUMEI_BUSI_OK     0  
42.   
43. int yumei_busi_free( yumei_busi_t* busi )  
44. {  
45.     if( !busi ){  
46.         return YUMEI_BUSI_ERROR;  
47.     }  
48.   
49.     yumei_mem_pool_free( busi->pool );  
50.   
51.     return YUMEI_BUSI_OK;  
52. }  

有些时候业务比较简单，一个连接仅对应一个业务或多个业务不是并行执行，这样的情况下，就不再需要业务内存池了，可以直接用连接内存池：

[cpp] view plain copy print ?

1. yumei_busi_t* yumei_busi_create( yumei_conn_t* conn )  
2. {  
3.     yumei_busi_t* busi;  
4.     yumei_pool_t* pool;  
5.     yumei_mem_buf_t* buf;  
6.     int size;  
7.   
8.     pool = conn->pool;  
9.     if( !pool ){  
10.         retur 0;  
11.     }  
12.   
13.     size = sizeof( yumei_busi_t );  
14.     buf = yumei_mem_buf_malloc( pool, size );  
15.   
16.     if( !buf ){  
17.         yumei_mem_pool_free( pool );  
18.         return 0;  
19.     }  
20.   
21.     busi = buf->data;  
22.   
23.     return busi;  
24.   
25. }  
26.   
27. #define YUMEI_CONN_ERROR -1  
28. #define YUMEI_CONN_OK     0  
29.   
30. int yumei_conn_close( yumei_conn_t* conn )  
31. {  
32.     if( !conn ){  
33.         return YUMEI_CONN_ERROR;  
34.     }  
35.   
36.     yumei_mem_pool_free( conn->pool );  
37.   
38.     return YUMEI_CONN_OK;  
39. }  

知道内存池怎么用了，再来看看内部设计吧，pool 的四个元素里 size 对应 block_size, data和last 分别对应块的起始地址和可分配地址，next和current分别对应下块内存池和当前可用内存池。

在一些通用的服务器上还会看到另一个元素：large。 这个是争对一些大内存的分配，当不清楚业务到底需要多大内存的时候，large往往是必须的，这样内存池结构就变成这样：

[cpp] view plain copy print ?

1. typedef struct yumei_mem_large_s yumei_mem_large_t;  
2.   
3. struct yumei_mem_large_s  
4. {  
5.     char                      *data;  
6.     int                        size;  
7.     yumei_mem_large_t         *next;  
8. }  
9.   
10. struct yumei_mem_pool_s  
11. {  
12.     int                          size;  
13.     char                        *data;  
14.     char                        *last;  
15.     yumei_mem_pool_t            *next;  
16.     yumei_mem_pool_t            *current;  
17.     yumei_mem_large_t           *large;  
18. };  

对于一些特殊的业务，比如业务使用的内存大小都固定，且相近的时候，内存池就缩化成了固定大小的内存管理，其实是很简单了，这样的内存池可以绑定在连接上，且用完不用释放，留待下条连接复用，进一步节省开销。