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nginx共享內存的機制詳解_nginx

作者：響箭零零一 ? 更新時間： 2022-05-22 編程語言

1 共享內存申請

共享內存申請比較簡單，這里采用的是Linux系統共享內存分配的函數實現的。

#include 
#include 


ngx_int_t
ngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm)
{
    int  id;

    id = shmget(IPC_PRIVATE, shm->size, (SHM_R|SHM_W|IPC_CREAT));

    if (id == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
                      "shmget(%uz) failed", shm->size);
        return NGX_ERROR;
    }

    ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_CORE, shm->log, 0, "shmget id: %d", id);

    shm->addr = shmat(id, NULL, 0);

    if (shm->addr == (void *) -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno, "shmat() failed");
    }

    if (shmctl(id, IPC_RMID, NULL) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
                      "shmctl(IPC_RMID) failed");
    }

    return (shm->addr == (void *) -1) ? NGX_ERROR : NGX_OK;
}


void
ngx_shm_free(ngx_shm_t *shm)
{
    if (shmdt(shm->addr) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno,
                      "shmdt(%p) failed", shm->addr);
    }
}

2 共享內存實現原理

2.1 共享內存組織

共享內存的管理工作是在：ngx_cycle內完成，主要是利用一個list進行組織。
首先是ngx_list組織形式，采用的是將多個ngx_list_part單元串行組成的鏈表；同時每個ngx_list_part是由多個ngx_shm_zone_t組成構成。這樣做的一個好處就是一次預先分配一個元素組，只有當第一個元素組用完才會申請新的元素組。可以達到減少頻繁分配的問題。

在這里插入圖片描述

這里需要展開對應ngx_shm_zone單元的介紹：
首先是用戶定義自己的數據結構并存入data中；第二部分是初始化函數，用戶獲取到ngx_shm_zone_t 共享內存單元的時候需要注冊自己數據結構的初始化函數，其中zone返回是當前的共享內存的數據，而data返回的是上一次初始化的數據即歷史數據；tag存放的是創建共享內存的模塊；ngx_shm_t共享內存基本信息包括地址，大小，名稱，log輸出位置等。

typedef struct {
    u_char      *addr;//共享內存地址
    size_t       size;//大小
    ngx_str_t    name;//名稱
    ngx_log_t   *log;
    ngx_uint_t   exists;   /* unsigned  exists:1;  */
} ngx_shm_t;
typedef ngx_int_t (*ngx_shm_zone_init_pt) (ngx_shm_zone_t *zone, void *data);
struct ngx_shm_zone_s {
    void                     *data;//用戶數據
    ngx_shm_t                 shm; //共享內存結構體
    ngx_shm_zone_init_pt      init;//用戶數據的初始化函數
    void                     *tag;//創建的模塊
    ngx_uint_t                noreuse;  /* unsigned  noreuse:1; */
};

初始化函數具體調用位置是在創建完共享內存后即進行初始化ngx_init_cycle函數中進行：

在這里插入圖片描述

2.2 slab共享內存管理機制

slab內存分配方式是共享內存的管理機制，主要是利用最優選擇的思路，當我們申請內存塊時只會返回恰好符合請求大小的內存塊。基本原理是把內存按照4k一頁分成若干頁，將每頁放置不同大小的內存塊，然后利用bitmap在頁首進行標識內存塊是否被使用。只需要變量bitmap查找空閑的內存塊從而提高查找效率。

在這里插入圖片描述

將存放不同大小的內存塊的頁面利用鏈表順序串聯，這樣利用slots數組存放鏈表的首頁。這樣可以直接根據要分配內存大小進行尋址。

在這里插入圖片描述

這里還有一個小操作提高查找空閑內存，當一個頁面沒有空閑的內存塊時需要從隊列中脫離變成一個單獨的節點。

2.3 slab與ngx_shm_zone_t 關系

整體的初始化動作是在ngx_init_zone_pool函數進行：利用shm中addr存放slab_pool對象，并完成slab的初始化動作。

ngx_slab_pool_t  *sp;
sp = (ngx_slab_pool_t *) zn->shm.addr;
sp->addr = zn->shm.addr;
ngx_slab_init(sp);

3 共享內存應用

共享內存的使用場景，這里分析ssl模塊的共享內存使用方法，可以推廣到其他模塊使用。
首先是是進行共享內存的ngx_shm_zone_t分配，這是一個比較簡單的操作，從共享內存返回一塊空閑的shm_zone.

ngx_shm_zone_t  *shm_zone;//共享內存單元
ngx_conf_t *cf;//ngx配置
ngx_str_t   name；//共享內存名稱
ngx_int_t    n;//分配共享內存的大小
ngx_module_t  ngx_stream_ssl_module;//使用共享內存的模塊，防止模塊間重名
scf->shm_zone = ngx_shared_memory_add(cf, &name, n,&ngx_stream_ssl_module);//從
if (scf->shm_zone == NULL) {
     return NGX_CONF_ERROR;
 }
//初始化函數設置
 scf->shm_zone->init = ngx_ssl_session_cache_init;

初始化函數：data返回的是上一次分配的數據，如果存在直接返回。否則先取出slab_pool進程分配操作調用ngx_slab_alloc分配一個內存塊大小，可以是數據結構。這里分配的是一個紅黑樹結構，分配完成后就可以直接初始化紅黑樹。

ngx_int_t
ngx_ssl_session_cache_init(ngx_shm_zone_t *shm_zone, void *data)
{
    size_t                    len;
    ngx_slab_pool_t          *shpool;
    ngx_ssl_session_cache_t  *cache;

    if (data) {
        shm_zone->data = data;
        return NGX_OK;
    }
	//獲取slab_pool
    shpool = (ngx_slab_pool_t *) shm_zone->shm.addr;

    if (shm_zone->shm.exists) {
        shm_zone->data = shpool->data;
        return NGX_OK;
    }
	//為數據分配slab內存塊
    cache = ngx_slab_alloc(shpool, sizeof(ngx_ssl_session_cache_t));
    if (cache == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
	//賦值到slab_pool管理
    shpool->data = cache;
    shm_zone->data = cache;
	//紅黑樹數據初始化
    ngx_rbtree_init(&cache->session_rbtree, &cache->sentinel,
                    ngx_ssl_session_rbtree_insert_value);
	//隊列初始化
    ngx_queue_init(&cache->expire_queue);
	//設置log
    len = sizeof(" in SSL session shared cache \"\"") + shm_zone->shm.name.len;
	//為log分配共享內存
    shpool->log_ctx = ngx_slab_alloc(shpool, len);
    if (shpool->log_ctx == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
	//寫log
    ngx_sprintf(shpool->log_ctx, " in SSL session shared cache \"%V\"%Z",
                &shm_zone->shm.name);

    shpool->log_nomem = 0;

    return NGX_OK;
}

原文鏈接：https://blog.csdn.net/qq_38731735/article/details/123535716

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