Redis源码分析（二十五）--- zmalloc内存分配实现

时间过的很快，经过快1个月的时间学习，本人对Redis源代码的分析已经超过了一半，上几次的学习，我主要的是对于Redis工具类的代码进行了学习。后面的几天我将会学习Redis代码中的一些封装类的实现，这些封装类在整个Redis系统中都可能普遍用到。比如说我马上要分析的在zmalloc的内存封装的实现。先抛开Redis的内存函数库不说，在纯粹的C语言中，内存分配的函数有malloc，free，relloc这3个函数，熟悉C语言编程的同学一定不会陌生。但是在这里Redis代码的编写者，在Redis系统中对内存的分配又做了一次小小封装。我也只能说是一个小小的封装，核心的调用方法仍是C语言中的这3个函数。先看一下在zmalloc.h头文件中define的一些API:

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1. void *zmalloc(size_t size); /* 调用zmalloc申请size个大小的空间 */  
2. void *zcalloc(size_t size); /* 调用系统函数calloc函数申请空间 */  
3. void *zrealloc(void *ptr, size_t size); /* 原内存重新调整空间为size的大小 */  
4. void zfree(void *ptr); /* 释放空间方法，并更新used_memory的值 */  
5. char *zstrdup(const char *s); /* 字符串复制方法 */  
6. size_t zmalloc_used_memory(void); /* 获取当前已经占用的内存大小 */  
7. void zmalloc_enable_thread_safeness(void); /* 是否设置线程安全模式 */  
8. void zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t)); /* 可自定义设置内存溢出的处理方法 */  
9. float zmalloc_get_fragmentation_ratio(size_t rss); /* 所给大小与已使用内存大小之比 */  
10. size_t zmalloc_get_rss(void);  
11. size_t zmalloc_get_private_dirty(void); /* 获取私有的脏数据大小 */  
12. void zlibc_free(void *ptr);  /* 原始系统free释放方法 */  

在这里还要介绍几个概念和变量:

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1. static size_t used_memory = 0;  
2. static int zmalloc_thread_safe = 0;  
3. pthread_mutex_t used_memory_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  

第一个used_memory，看意思我们也知道这是系统已经使用了多少的内存大小，在全局只维护了这么一个变量的大小，说明作者希望根据此来分析出当前的内存的使用情况，第二个zmalloc_thread_safe，这指的是线程安全模式状态，下面的mutext，就是为此服务端，这个在操作系统中就出现过。据此，我们大概知道了，Redis在代码的malloc等操作的时候，会根据创建的大小，会更新 used_memory，并操作的模式会有线程安全和不安去模式的区分。

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1. /* 在对内存空间做使用的时候，进行了加锁控制 */  
2. #define update_zmalloc_stat_add(__n) do { \  
3.     pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex); \  
4.     used_memory += (__n); \  
5.     pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex); \  
6. } while(0)  

上面的函数操作就是线程安全模式时候的一个操作，通过锁操作实现对于used_memory的控制，是对这个变量做控制，避免了这个数值出现脏数据的可能。

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1. /* 调用zmalloc申请size个大小的空间 */  
2. void *zmalloc(size_t size) {  
3.     //实际调用的还是malloc函数  
4.     void *ptr = malloc(size+PREFIX_SIZE);  
5.       
6.     //如果申请的结果为null，说明发生了oom,调用oom的处理方法  
7.     if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);  
8. #ifdef HAVE_MALLOC_SIZE  
9.     //更新used_memory的大小  
10.     update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr));  
11.     return ptr;  
12. #else  
13.     *((size_t*)ptr) = size;  
14.     update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE);  
15.     return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;  
16. #endif  
17. }  

zmalloc的具体实现，调用的还是malloc的C语言方法，做了OOM的异常处理，然后更新大小。在update_zmalloc_stat_alloc方法里面:

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1. /* 申请新的_n大小的内存，分为线程安全，和线程不安全的模式 */  
2. #define update_zmalloc_stat_alloc(__n) do { \  
3.     size_t _n = (__n); \  
4.     if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1)); \  
5.     if (zmalloc_thread_safe) { \  
6.         update_zmalloc_stat_add(_n); \  
7.     } else { \  
8.         used_memory += _n; \  
9.     } \  
10. } while(0)  

同理zfree()的操作就是上面的反操作，调用free方法，把used_memory的值，做减少操作。在APIL里面还出现了zcalloc方法，下面函数代码中我分析一下这个函数和malloc到底有什么不同呢:

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1. /* 调用系统函数calloc函数申请空间 */  
2. void *zcalloc(size_t size) {  
3.     //calloc与malloc的意思一样，不过参数不一样  
4.     //void *calloc(size_t numElements,size_t sizeOfElement),;numElements * sizeOfElement才是最终的内存的大小  
5.     //所在这里就是申请一块大小为size+PREFIX_SIZE的空间  
6.     void *ptr = calloc(1, size+PREFIX_SIZE);  
7.   
8.     if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);  
9. #ifdef HAVE_MALLOC_SIZE  
10.     update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr));  
11.     return ptr;  
12. #else  
13.     *((size_t*)ptr) = size;  
14.     update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE);  
15.     return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;  
16. #endif  
17. }  

在这些方法中，作者很人性化的开放了一些API给用户调用，比如说为了效率的提高，可以不开启安全模式啊；

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1. /* 是否设置线程安全模式 */  
2. void zmalloc_enable_thread_safeness(void) {  
3.     zmalloc_thread_safe = 1;  
4. }  

或者自定义一个更合理的内存溢出的处理函数，更满足系统的需要:

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1. /* 可自定义设置内存溢出的处理方法 */  
2. void zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t)) {  
3.     zmalloc_oom_handler = oom_handler;  
4. }