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MySQL MEM_ROOT详细讲解

高洛峰
发布: 2016-11-05 17:07:57
原创
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这篇文章会详细解说MySQL中使用非常广泛的MEM_ROOT的结构体,同时省去debug部分的信息,仅分析正常情况下,mysql中使用MEM_ROOT来做内存分配的部分。

在具体分析之前我们先例举在该结构体使用过程中用到的一些宏:

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#define MALLOC_OVERHEAD 8 //分配过程中,需要保留一部分额外的空间

#define ALLOC_MAX_BLOCK_TO_DROP 4096 //后续会继续分析该宏的用途

#define ALLOC_MAX_BLOCK_USAGE_BEFORE_DROP 10 //后续会继续分析该宏的用途

 

#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)) //求两个数值之间的最大值

#define MY_MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b)) //求两个数值之间的最小值

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下面再来看看MEM_ROOT结构体相关的信息:

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typedef struct st_mem_root

{

    USED_MEM    *free;                  /* free block link list的链表头指针 */

    USED_MEM    *used;                  /* used block link list的链表头指针 */

    USED_MEM    *pre_alloc;             /* 预先分配的block */

    size_t        min_malloc;             /* 如果block剩下的可用空间小于该值,将会从free list移动到used list */

    size_t        block_size;             /* 每次初始化的空间大小 */

    unsigned int    block_num;              /* 记录实际的block数量,初始化为4 */

    unsigned int    first_block_usage;      /* free list中的第一个block 测试不满足分配空间大小的次数 */

    void (*error_handler)( void );          /* 分配失败的错误处理函数 */

} MEM_ROOT;

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以下是分配具体的block信息.

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typedef struct st_used_mem

{

    struct st_used_mem *next; //指向下一个分配的block

    unsigned int left; //该block剩余的空间大小

    unsigned int size; //该block的总大小

} USED_MEM;

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其实MEM_ROOT在分配过程中,是通过双向链表来管理used和free的block:

2642564505-57f90b0a612e7_articlex.jpg

MEM_ROOT的初始化过程如下:

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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;

}

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初始化过程中,block_size空间为block_size-ALLOC_ROOT_MIN_BLOCK_SIZE。因为在内存不够,需要扩容时,是通过mem_root->block_num >>2 * block_size 来扩容的,所以mem_root->block_num >>2 至少为1,因此在初始化的过程中mem_root->block_num=4(注:4>>2=1)。

2642564505-57f90b0a612e7_articlex.jpg

下面来看看具体分配内存的步骤:

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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:如果该block是通过mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2)计算出来的,则已经去掉了ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM),这里重复了。 */

        *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;

    }

}

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上述代码的具体逻辑如下:

1.查看free链表,寻找满足空间的block。如果找到了合适的block,则:
1.1 直接返回该block从size-left处的初始地址即可。当然,在free list遍历的过程中,会去判断free list
中第一个block中left的空间不满足需要分配的空间,且该block中已经查找过了10次
(ALLOC_MAX_BLOCK_USAGE_BEFORE_DROP)都不满足分配长度,且该block剩余空间小于
4k(ALLOC_MAX_BLOCK_TO_DROP),则将该block 移动到used链表中。

2.如果free链表中,没有合适的block,则:
2.1 分配 mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2)和length+ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM))
中比较大的作为新的block内存空间。
2.2 根据该block的使用情况,将该block挂在used或者free链表上。

这里需要注意的是二级指针的使用:

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for (next= *prev ; next && next->left < length ; next= next->next)

prev= &next->next;

}

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prev指向的是最后一个block的next指向的地址的地址:

2642564505-57f90b0a612e7_articlex.jpg

所以将prev的地址替换为new block的地址,即将该new block加到了free list的结尾:*prev=next;

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总结:

MEM_ROOT的内存分配采用的是启发式分配算法,随着后续block的数量越多,单个block的内存也会越大:block_size= mem_root->block_size * (mem_root->block_num >> 2) .


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