nginx 内存对齐 cpu l2 cache line ngx

本文介绍了内存对齐的基本概念及重要性，并详细解析了ngx_align宏的实现原理及其在nginx内存池管理中的应用。

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数据的对齐(alignment)是指数据的地址和由硬件条件决定的内存块大小之间的关系。一个变量的地址是它大小的倍数的时候，这就叫做自然对齐(naturally aligned)。例如，对于一个32bit的变量，如果它的地址是4的倍数，-- 就是说，如果地址的低两位是0，那么这就是自然对齐了。所以，如果一个类型的大小是2n个字节，那么它的地址中，至少低n位是0。

#define ngx_align(d, a) (((d) + (a - 1)) & ~(a - 1))

应用场景是

m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);

http://www.oschina.net/question/103620_84473

其实很好理解，&～就是抹去last后面的NGX_ALIGNMENT-1位的值

这样就以NGX_ALIGNMENT对齐了，通俗点说就是NGX_ALIGNMENT的整数倍了

前面加NGX_ALIGNMENT-1就是让地址在last的后面

我说个简单的例子。假设我的每个单元都是8个byte对齐的(p是8字节对齐的)。那么我想知道当前一个指针地址，最近的8 byte对齐的位置，那么怎么办？

(char *)(((unsigned long long)p) & (~(7)))

是用来对低3位清0 ，并保持高位信息的。

那么如果我想知道，当前p如果不对齐，那么它下一个最近的，8byte对齐的地址，则可以如下设计

(char *)(((unsigned long long)p + 7) & (~(7)))

如果我想动态的对2的幂次方，如2，4，8，16，32，64的对齐进行设计，则我们就不用7，我们如下

(char *)(((unsigned long long)p + n - 1) & (~(n - 1)))

nginx 内存池的内存地址对齐和长度按照2的幂取整

内存池的里面返回的地址，都是经过对齐处理的，这样使用这个对齐的地址比如做memcpy的时候，不用跨cache line 性能更好吧。

http://blog.youkuaiyun.com/niitlcj/article/details/9311189

#ifndef NGX_ALIGNMENT
#define NGX_ALIGNMENT sizeof(unsigned long) /* platform word */
#endif

#define ngx_align(d, a)     (((d) + (a - 1)) & ~(a - 1))
#define ngx_align_ptr(p, a)                                                   \
    (u_char *) (((uintptr_t) (p) + ((uintptr_t) a - 1)) & ~((uintptr_t) a - 1))

先分析 (((d) + (a - 1)) & ~(a - 1))表达式
理解表达式 ~(a - 1)注意，其中a为2的幂，设右数第n位为非零位，则a-1为右数的n-1位均为1，则有~(a-1)为最后的n-1位全为0；

显然可得一个数和2的幂进行减一取反再按位与操作，即为该数减去（其与a求余的值）

这种计算地址或者长度对齐，取整的宏还是很有用的。cpu访问对齐的数据较快，不对齐的的int之类的，有可能区要多次内存访问才能取到值。

向上取整倍数，ngx_align内存对齐的宏，对于a，传入CPU的二级cache的line大小，通过ngx_cpuinfo函数，可以获得ngx_cacheline_size的大小，一般intel为64或128

计算宏ngx_align(1, 64)=64，只要输入d<64，则结果总是64，如果输入d=65，则结果为128,以此类推。

进行内存池管理的时候，对于小于64字节的内存，给分配64字节，使之总是cpu二级缓存读写行的大小倍数，从而有利cpu二级缓存取速度和效率。

ngx_cpuinfo函数实际是调用了汇编代码，获取cpu二级缓存大小！