【PHP7源碼學習】2019-03-11 PHP內存管理3筆記

baiyan

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複習

PHP內存分配流程

利用gdb回顧PHP內存分配流程

• 首先在_emalloc()函數處打一個斷點
• alloc_globals是一個全局變量，能夠利用AG宏訪問內部字段

• 接下來觀察mm_heap中的字段：

  • size = 0，peak = 0，表示當前沒有使用任何內存
  • real_size = 2097152 = 2M，表示當前已經向操做系統申請了一個chunk的內存

  • 跟進main_chunk字段：

    • heap字段的地址與上述mm_heap字段的地址相同，這樣能夠方便快速定位到該chunk的mm_heap。注意到其地址爲0x7ffff3800040，注意倒數第二位有一個4（十進制爲64），即其起始地址並非正好2MB對齊的，而是2MB+64B。這是爲何呢？看下圖，該結構體前幾個字段正好佔用了64B，因此heap_slot字段就只能從64B的偏移量位置開始。

- next、prev字段表明chunk與chunk之間以雙向鏈表連接，當只有一個chunk結點時，next和prev指針均指向本身
   - free_pages字段爲511，說明512個page中，有1個page被使用了，剩餘511個空閒page
   - free_map字段爲8個uint64_t類型，標記每一個page是否被使用，共512bit。每一個chunk中的512個page被分紅了8組，每組64個page，正好對應free_map中的每一項，0是未使用，1是已使用
   - map字段爲512個uint32_t類型，共2KB。來標記是small內存仍是large內存，並能夠利用低位存儲bit_num或已用的page數量等信息。這裏它是一個large內存，有1個page已經被使用（存mm_heap）

• 咱們跟着gdb走一遍，在_emalloc()以後，調用了zend_mm_alloc_heap()函數，而後判斷size的大小，這裏小於了3KB（ZEND_MM_MAX_SMALL_SIZE），因此這裏調用了zend_mm_alloc_small()函數，也有可能調用zend_mm_alloc_small_slow()函數，視狀況而定。而後計算bin_num，這裏size爲11，小於64。因此直接return (size - !!size) >> 3，打印結果爲1，根據其bin_num去bin_data_size數組中找到應該分配的size大小是16B，1個page能夠分紅256個16B，須要1個page。這樣，PHP會拿出1個16B返回給用戶，剩餘255個16B會掛在free_slot鏈表上，且數組下標爲1（下標爲0保存8B內存，下標爲1保存16B內存...），再次打印free_slot字段，觀察第1個下標已經有了元素，由此能夠驗證咱們的結論。

複雜的宏替換

• 針對視頻中bin_data_size數組爲何會最終通過替換後，爲何最終bin_data_size數組只存了size一列數據的問題，爲了方便講解，在此對源碼示例作了簡化：

#include <stdio.h>

#define _BIN_DATA_SIZE(num, size, elements, pages, x, y) size,

#define ZEND_MM_BINS_INFO(_, x, y) \
    _( 0,    8,  512, 1, x, y) \
    _( 1,   16,  256, 1, x, y) \
    _( 2,   24,  170, 1, x, y) \
    _( 3,   32,  128, 1, x, y) \
    _( 4,   40,  102, 1, x, y) \
    _( 5,   48,   85, 1, x, y) \
    _( 6,   56,   73, 1, x, y) \
    _( 7,   64,   64, 1, x, y) \
    _( 8,   80,   51, 1, x, y) \
    _( 9,   96,   42, 1, x, y) \
    _(10,  112,   36, 1, x, y) \
    _(11,  128,   32, 1, x, y) \
    _(12,  160,   25, 1, x, y) \
    _(13,  192,   21, 1, x, y) \
    _(14,  224,   18, 1, x, y) \
    _(15,  256,   16, 1, x, y) \
    _(16,  320,   64, 5, x, y) \
    _(17,  384,   32, 3, x, y) \
    _(18,  448,    9, 1, x, y) \
    _(19,  512,    8, 1, x, y) \
    _(20,  640,   32, 5, x, y) \
    _(21,  768,   16, 3, x, y) \
    _(22,  896,    9, 2, x, y) \
    _(23, 1024,    8, 2, x, y) \
    _(24, 1280,   16, 5, x, y) \
    _(25, 1536,    8, 3, x, y) \
    _(26, 1792,   16, 7, x, y) \
    _(27, 2048,    8, 4, x, y) \
    _(28, 2560,    8, 5, x, y) \
    _(29, 3072,    4, 3, x, y)

int main() {

    int bin_data_size[] = { ZEND_MM_BINS_INFO(_BIN_DATA_SIZE, x, y) };

    for (int i = 0; i < sizeof(bin_data_size) / sizeof(bin_data_size[0]); i++) {
        printf("%d, ", bin_data_size[i]);
    }
    
    //打印結果爲：
    //{8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320, 384, 448, 512, 640, 768, 896, 1024, 1280, 1536, 1792, 2048, 2560, 3072}
}

• 這樣看確實很難看出來，在這個基礎上，我作了一個簡化版本：

  #include <stdio.h>
  
  #define _BIN_DATA_SIZE(num, size, elements, pages, x, y)  size,
  
  #define ZEND_MM_BINS_INFO(_, x, y)  _( 0,  8,  512, 1, x, y)
  
  int main() {
  
     int data[] = { ZEND_MM_BINS_INFO(_BIN_DATA_SIZE, x, y) };
  
     for (int i = 0; i < sizeof(data) / sizeof(data[0]); i++) {
         printf("%d, ", data[i]);
     }
     //打印結果爲：
     //{8, }
  }

  • 咱們利用分而治之的思想，從代碼層面簡化問題。首先觀察的順序是由外到內，先看外面這個ZEND_MM_BINS_INFO(_, x, y)宏，宏就是替換，那麼咱們將下劃線_的位置用_BIN_DATA_SIZE這個東西替換，那麼外層宏的替換結果就直接變成了_BIN_DATA_SIZE( 0, 8, 512, 1, x, y)了。而_BIN_DATA_SIZE又是一個宏，根據定義，直接替換爲 size, ，注意這裏第一個英文逗號（並不是第二個中文逗號）也是宏替換結果的一部分，這樣作是爲了湊成一個數組初始化的語法。C語言數組初始化的語法爲int a[2] = {1,2}，因爲咱們簡化了問題，只用了一個數組元素，在這裏的替換結果就是8。那麼應用到上面那個複雜版本也同理，將_BIN_DATA_SIZE這個東西替換到全部30行下劃線的位置，這樣最終就構成了一個由size組成的數組。
  • 那麼問題來了，爲何要把如此簡單的一個數組初始化問題複雜化？這樣寫代碼真的真的不會被別人錘嗎？
  • 其實源碼中還有其餘相關部分：

#define _BIN_DATA_SIZE(num, size, elements, pages, x, y) size,
static const uint32_t bin_data_size[] = {
  ZEND_MM_BINS_INFO(_BIN_DATA_SIZE, x, y)
};

#define _BIN_DATA_ELEMENTS(num, size, elements, pages, x, y) elements,
static const uint32_t bin_elements[] = {
  ZEND_MM_BINS_INFO(_BIN_DATA_ELEMENTS, x, y)
};

#define _BIN_DATA_PAGES(num, size, elements, pages, x, y) pages,
static const uint32_t bin_pages[] = {
  ZEND_MM_BINS_INFO(_BIN_DATA_PAGES, x, y)
};

• 咱們能夠看到，PHP源碼中提供了三個相似的宏替換結構。這裏的下劃線_本質上就是一個佔位符，也能夠理解爲一個函數參數，根據這個參數的不一樣，來返回不一樣的值。
• 這個佔位符的做用，就是能夠根據你傳入的佔位符（或參數），從這個ZEND_MM_BINS_INFO這個宏中，提取出不一樣列的元素，並巧妙地構成了數組初始化語法。好比下劃線位置替換成_BIN_DATA_SIZE，那麼就是取出size這一列；若是是_BIN_DATA_ELEMENTS，就是取出elements這一列；若是是_BIN_DATA_PAGES，就是取出pages這一列。
• 雖然這種利用了有必定技巧性的東西，在某種程度上，這樣作可能會帶來一點點的性能提高。但在實際開發過程當中，我的以爲要儘可能避免寫讓別人難以理解的、低可讀性的代碼，這樣作換來的是可維護性、可擴展性的降低，這是得不償失的。可是若是性能提高是指數這種數量級的，仍是能夠考慮採用的。其實這就是架構師經常須要作的一個不斷權衡的過程，這就須要具體場景具體代入分析了。