MySQL MEM_ROOT詳解
這篇文章會詳細解說MySQL中使用非常廣泛的MEM_ROOT的結(jié)構(gòu)體，同時省去debug部分的信息，僅分析正常情況下，mysql中使用MEM_ROOT來做內(nèi)存分配的部分。
在具體分析之前我們先例舉在該結(jié)構(gòu)體使用過程中用到的一些宏:
#define MALLOC_OVERHEAD 8 //分配過程中，需要保留一部分額外的空間
#define ALLOC_MAX_BLOCK_TO_DROP 4096 //后續(xù)會繼續(xù)分析該宏的用途
#define ALLOC_MAX_BLOCK_USAGE_BEFORE_DROP 10 //后續(xù)會繼續(xù)分析該宏的用途
#define ALIGN_SIZE(A) MY_ALIGN((A),sizeof(double))
#define MY_ALIGN(A,L) (((A) + (L) - 1) ~((L) - 1))
#define ALLOC_ROOT_MIN_BLOCK_SIZE (MALLOC_OVERHEAD + sizeof(USED_MEM) + 8)
/* Define some useful general macros (should be done after all headers). */
/*作者：www.manongjc.com */
#define MY_MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) //求兩個數(shù)值之間的最大值
#define MY_MIN(a, b) ((a) (b) ? (a) : (b)) //求兩個數(shù)值之間的最小值
下面再來看看MEM_ROOT結(jié)構(gòu)體相關的信息:
typedef struct st_mem_root
{
USED_MEM *free; /* free block link list的鏈表頭指針 */
USED_MEM *used; /* used block link list的鏈表頭指針 */
USED_MEM *pre_alloc; /* 預先分配的block */
size_t min_malloc; /* 如果block剩下的可用空間小于該值，將會從free list移動到used list */
size_t block_size; /* 每次初始化的空間大小 */
unsigned int block_num; /* 記錄實際的block數(shù)量,初始化為4 */
unsigned int first_block_usage; /* free list中的第一個block 測試不滿足分配空間大小的次數(shù) */
void (*error_handler)( void ); /* 分配失敗的錯誤處理函數(shù) */
} MEM_ROOT;
以下是分配具體的block信息.
typedef struct st_used_mem
{
struct st_used_mem *next; //指向下一個分配的block
unsigned int left; //該block剩余的空間大小
unsigned int size; //該block的總大小
} USED_MEM;
其實MEM_ROOT在分配過程中，是通過雙向鏈表來管理used和free的block:
MEM_ROOT的初始化過程如下:
void init_alloc_root( MEM_ROOT *mem_root, size_t block_size, size_t pre_alloc_size __attribute__( (unused) ) )
{
mem_root->free = mem_root->used = mem_root->pre_alloc = 0;
mem_root->min_malloc = 32;
mem_root->block_size = block_size - ALLOC_ROOT_MIN_BLOCK_SIZE;
mem_root->error_handler = 0;
mem_root->block_num = 4; /* We shift this with >>2 */
mem_root->first_block_usage = 0;
}
初始化過程中，block_size空間為block_size-ALLOC_ROOT_MIN_BLOCK_SIZE。因為在內(nèi)存不夠，需要擴容時，是通過mem_root->block_num >>2 * block_size 來擴容的，所以mem_root->block_num >>2 至少為1，因此在初始化的過程中mem_root->block_num=4(注:4>>2=1)。
下面來看看具體分配內(nèi)存的步驟:
void *alloc_root( MEM_ROOT *mem_root, size_t length )
{
size_t get_size, block_size;
uchar * point;
reg1 USED_MEM *next = 0;
reg2 USED_MEM **prev;
length = ALIGN_SIZE( length );
if ( (*(prev = mem_root->free) ) != NULL )
{
if ( (*prev)->left length
mem_root->first_block_usage++ >= ALLOC_MAX_BLOCK_USAGE_BEFORE_DROP
(*prev)->left ALLOC_MAX_BLOCK_TO_DROP )
{
next = *prev;
*prev = next->next; /* Remove block from list */
next->next = mem_root->used;
mem_root->used = next;
mem_root->first_block_usage = 0;
}
for ( next = *prev; next next->left length; next = next->next )
prev = next->next;
}
if ( !next )
{ /* Time to alloc new block */
block_size = mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2);
get_size = length + ALIGN_SIZE( sizeof(USED_MEM) );
get_size = MY_MAX( get_size, block_size );
if ( !(next = (USED_MEM *) my_malloc( get_size, MYF( MY_WME | ME_FATALERROR ) ) ) )
{
if ( mem_root->error_handler )
(*mem_root->error_handler)();
DBUG_RETURN( (void *) 0 ); /* purecov: inspected */
}
mem_root->block_num++;
next->next = *prev;
next->size = get_size;
next->left = get_size - ALIGN_SIZE( sizeof(USED_MEM) ); /* bug:如果該block是通過mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2)計算出來的，則已經(jīng)去掉了ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM)，這里重復了。 */
*prev = next;
}
point = (uchar *) ( (char *) next + (next->size - next->left) );
/*TODO: next part may be unneded due to mem_root->first_block_usage counter*/
/* 作者：www.manongjc.com */
if ( (next->left -= length) mem_root->min_malloc )
{ /* Full block */
*prev = next->next; /* Remove block from list */
next->next = mem_root->used;
mem_root->used = next;
mem_root->first_block_usage = 0;
}
}
上述代碼的具體邏輯如下:
1.查看free鏈表，尋找滿足空間的block。如果找到了合適的block,則：
1.1 直接返回該block從size-left處的初始地址即可。當然，在free list遍歷的過程中，會去判斷free list
中第一個block中l(wèi)eft的空間不滿足需要分配的空間，且該block中已經(jīng)查找過了10次
(ALLOC_MAX_BLOCK_USAGE_BEFORE_DROP)都不滿足分配長度，且該block剩余空間小于
4k(ALLOC_MAX_BLOCK_TO_DROP),則將該block 移動到used鏈表中。
2.如果free鏈表中，沒有合適的block，則：
2.1 分配 mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2)和length+ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM))
中比較大的作為新的block內(nèi)存空間。
2.2 根據(jù)該block的使用情況，將該block掛在used或者free鏈表上。
這里需要注意的是二級指針的使用:
for (next= *prev ; next next->left length ; next= next->next)
prev= next->next;
}
prev指向的是最后一個block的next指向的地址的地址：
所以將prev的地址替換為new block的地址，即將該new block加到了free list的結(jié)尾:*prev=next;
總結(jié)：
MEM_ROOT的內(nèi)存分配采用的是啟發(fā)式分配算法，隨著后續(xù)block的數(shù)量越多，單個block的內(nèi)存也會越大:block_size= mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2) .
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