深受侯捷老師的《STL源碼剖析》一書的影響，在該書中開篇就對STL的空間配置器進行了一個詳盡的介紹。以應用的角度而言，空間配置器是最不需要介紹的，它總是隱藏在一切組件的背後；可是，就源碼分析而言，空間配置是最為關鍵的，也是分析源碼之路的第一步！Redis在內存分配方面，僅僅是對系統的malloc/free做了一層簡單的封裝，然後加上了異常處理功能和內存統計功能。其實現主要在zmalloc.c和zmalloc.h文件中。

功能函數總覽

在zmalloc.h中，定義了Redis內存分配的主要功能函數，這些函數基本上實現了Redis內存申請，釋放和統計等功能，其函數聲明如下：

void *zmalloc(size_t size); // 調用zmalloc函數，申請size大小的空間nvoid *zcalloc(size_t size); // 調用系統函數calloc申請內存空間nvoid *zrealloc(void *ptr, size_t size); // 原內存重新調整為size空間的大小nvoid zfree(void *ptr); // 調用zfree釋放內存空間nchar *zstrdup(const char *s); // 字元串複製方法nsize_t zmalloc_used_memory(void); // 獲取當前以及佔用的內存空間大小nvoid zmalloc_enable_thread_safeness(void); // 是否設置線程安全模式nvoid zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t)); // 可自定義設置內存溢出的處理方法nfloat zmalloc_get_fragmentation_ratio(size_t rss); // 獲取所給內存和已使用內存的大小之比nsize_t zmalloc_get_rss(void); // 獲取RSS信息(Resident Set Size)nsize_t zmalloc_get_private_dirty(void); // 獲得實際內存大小nsize_t zmalloc_get_smap_bytes_by_field(char *field); // 獲取/proc/self/smaps欄位的位元組數nsize_t zmalloc_get_memory_size(void); // 獲取物理內存大小nvoid zlibc_free(void *ptr); // 原始系統free釋放方法n

另外，我們還要注意到zmalloc.c中的幾個變數和概念，

static size_t used_memory = 0; // 已使用內存的大小nstatic int zmalloc_thread_safe = 0; // 線程安全模式狀態npthread_mutex_t used_memory_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 為此伺服器n

接下來，我分幾個章節來一一剖析zmalloc.c中的函數實現。

內存管理函數

內存申請函數zmalloc

Redis的內存申請函數zmalloc本質就是調用了系統的malloc函數，然後對其進行了適當的封裝，加上了異常處理函數和內存統計。其源代碼如下：

void *zmalloc(size_t size) {n // 調用malloc函數進行內存申請n // 多申請的PREFIX_SIZE大小的內存用於記錄該段內存的大小n void *ptr = malloc(size+PREFIX_SIZE);nn // 如果ptr為NULL，則調用異常處理函數n if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);n // 以下是內存統計n *((size_t*)ptr) = size;n update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE); // 更新used_memory的值n return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;n}n

上述代碼中的PREFIX_SIZE解釋：由於malloc函數申請的內存不會標識內存塊的大小，而我們需要統計內存大小，所以需要在多申請PREFIX_SIZE大小的內存，用於存放該大小。

其中，異常處理函數如下：

static void zmalloc_default_oom(size_t size) {n fprintf(stderr, "zmalloc: Out of memory trying to allocate %zu bytesn", // 列印輸出日誌n size);n fflush(stderr);n abort(); // 中斷退出n}n

更新used_memory值得函數以宏定義給出，其代碼和注釋如下：

#define update_zmalloc_stat_alloc(__n) do { n size_t _n = (__n); n if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1)); // 將_n調整為sizeof(long)的整數倍n if (zmalloc_thread_safe) { // 如果啟用了線程安全模式n update_zmalloc_stat_add(_n); // 調用原子操作加(+)來更新已用內存n } else { n used_memory += _n; // 不考慮線程安全，則直接更新已用內存n } n} while(0)n

在上述函數中，又用到了原子加操作，其代碼和注釋如下：

// __atomic_add_fetch是C++11特性中提供的原子加操作n#if defined(__ATOMIC_RELAXED)n#define update_zmalloc_stat_add(__n) __atomic_add_fetch(&used_memory, (__n), __ATOMIC_RELAXED)n// 如果不支持C++11，則調用GCC提供的原子加操作n#elif defined(HAVE_ATOMIC)n#define update_zmalloc_stat_add(__n) __sync_add_and_fetch(&used_memory, (__n))n// 如果上述都沒有，則只能採用加鎖操作n#elsen#define update_zmalloc_stat_add(__n) do { n pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex); n used_memory += (__n); n pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex); n} while(0)n

內存申請函數zcalloc

與malloc一樣，zcalloc調用的是系統給的calloc()來申請內存。

void *zcalloc(size_t size) {n void *ptr = calloc(1, size+PREFIX_SIZE);n // 異常處理函數n if (!ptr) zmalloc_oom_handler(size);n // 內存統計函數n *((size_t*)ptr) = size;n update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE);n return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;n}n

內存調整函數zrecalloc

Redis定義的zrecalloc用於調整已申請內存的大小，其本質也是直接調用系統函數recalloc()

void *zrealloc(void *ptr, size_t size) {n size_t oldsize;n void *newptr;n // 為空直接退出n if (ptr == NULL) return zmalloc(size);n // 找到內存真正的起始位置n realptr = (char*)ptr-PREFIX_SIZE;n oldsize = *((size_t*)realptr);n // 調用recalloc函數n newptr = realloc(realptr,size+PREFIX_SIZE);n if (!newptr) zmalloc_oom_handler(size);n // 內存統計n *((size_t*)newptr) = size;n update_zmalloc_stat_free(oldsize); // 先減去原來的已使用內存大小n update_zmalloc_stat_alloc(size); // 在加上調整後的大小n return (char*)newptr+PREFIX_SIZE;n}n

內存釋放函數

與內存申請函數調用malloc一樣，內存釋放也是調用系統的free()函數來實現內存釋放

void zfree(void *ptr) {n if (ptr == NULL) return; // 為空直接返回n realptr = (char*)ptr-PREFIX_SIZE; // 找到該段內存真正的起始位置n oldsize = *((size_t*)realptr);n update_zmalloc_stat_free(oldsize+PREFIX_SIZE);// 更新use_memory函數n free(realptr); // 調用系統的內存釋放函數n}n

其中，內存狀態統計函數的代碼實現如下：

#define update_zmalloc_stat_free(__n) do { n size_t _n = (__n); n if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1)); // 將內存大小調整為sizeof(long)的整數倍n if (zmalloc_thread_safe) { // 如果開啟了線程安全模式n update_zmalloc_stat_sub(_n); // 更新use_memory值(與上述的update_zmalloc_stat_add這裡就不贅述了)n } else { n used_memory -= _n; // 沒有線程安全則直接減n } n} while(0)n

講到這裡，Redis基本的內存處理函數已經分析完畢了。另外，Redis還提供了一下輔助函數，我這裡簡要的分析一下。

輔助函數

字元串複製方法

暫時不清楚這個函數為什麼要放在這裡。

char *zstrdup(const char *s) {n size_t l = strlen(s)+1; n char *p = zmalloc(l); // 開闢一段新內存nn memcpy(p,s,l); // 調用字元串複製函數n return p;n}n

設置異常處理函數

Redis允許自行設定異常處理函數，也提供了如下的函數。

void zmalloc_set_oom_handler(void (*oom_handler)(size_t)) {n zmalloc_oom_handler = oom_handler; // 綁定自定義的異常處理函數n}n

開啟線程安全

void zmalloc_enable_thread_safeness(void) {n zmalloc_thread_safe = 1; // 此參數用來控制是否開啟線程安全n}n

獲取已使用內存

size_t zmalloc_used_memory(void) {n size_t um;n // 如果開啟了線程安全模式n if (zmalloc_thread_safe) {n#if defined(__ATOMIC_RELAXED) || defined(HAVE_ATOMIC)n um = update_zmalloc_stat_add(0);n#elsen pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);n um = used_memory;n pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);n#endifn }n else {n um = used_memory; // 未開啟則直接使用used_memoryn }nn return um;n}n

到此，Redis的內存管理函數已分析完。 end...

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