nginx的内存池相关文章已经很多了，这里写一下简单原理和最近碰到的问题。
用到的几个结构，相应说明请看注释：
//每次能从pool分配的最大内存块大小，ngx_pagesize在X86下一般是4096，即4k，也就是说每次能从pool分配的最大内存块大小为4095字节，将近4k
#define NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL (ngx_pagesize - 1)
//默认pool大小：16k
#define NGX_DEFAULT_POOL_SIZE (16 * 1024)
struct ngx_pool_large_s { /*大块内存数据结构*/
ngx_pool_large_t *next; /*其实是一个头插法的单链表，每次分配一个大块内存都将列表节点插入到这个链表的表头*/
void *alloc; /*大块内存是直接用malloc来分配的，alloc就是用来保存分配到的内存地址*/
};
typedef struct { /*一个内存池是由多个pool节点组成的链，这个结构用来链接各个pool节点和保存pool节点可用的内存区域起止地址*/
u_char *last; /*当前内存分配结束位置，即下一段可分配内存的起始位置*/
u_char *end; /*该pool节点内存结束地址*/
ngx_pool_t *next; /*下一个pool节点地址*/
ngx_uint_t failed;/*该pool节点分配内存失败的次数*/
} ngx_pool_data_t;
struct ngx_pool_s { /*内存池控制结构*/
ngx_pool_data_t d; /*当前pool节点信息*/
size_t max; /*一次能分配的最大内存大小*/
ngx_pool_t *current; /*用来保存当前从哪个pool上分配内存的pool指针，每次分配内存都会从current指向的pool上分配*/
ngx_chain_t *chain;
ngx_pool_large_t *large; /*大块内存列表，*/
ngx_pool_cleanup_t *cleanup;
ngx_log_t *log;
};先看一下创建内存池的实现代码，不到20行的代码，很简单的：
ngx_pool_t *
ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log)
{
ngx_pool_t *p;
p = ngx_memalign(NGX_POOL_ALIGNMENT, size, log);
if (p == NULL) {
return NULL;
}
p->d.last = (u_char *) p + sizeof(ngx_pool_t);
p->d.end = (u_char *) p + size;
p->d.next = NULL;
p->d.failed = 0;
size = size - sizeof(ngx_pool_t);
p->max = (size < NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL;
p->current = p;
p->chain = NULL;
p->large = NULL;
p->cleanup = NULL;
p->log = log;
return p;
}
从上面的代码可以知道max最大为4095，也就是说每次申请的内存最大大小为4095字节，超出则使用大块内存（参考ngx_palloc和ngx_palloc_large的实现，这里不讲了）。
在X64下（下同），调用pool = ngx_create_pool(NGX_DEFAULT_POOL_SIZE, log)后，得到的pool内存大小及布局如下：
last和end指针指向的内存区域就是可用空间，pool头已经占80个字节了，所以可用空间比创建时指定的pool大小少80个字节，这里是我觉得设计得不合理的地方，这个pool的大小应该等于用户在创建pool时指定的大小加上pool头大小，这样用户创建了多少就能用多少。
得到pool之后就可以从里面分配内存了，先来看一下分配内存的函数实现，也是几行代码：
void *
ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
u_char *m;
ngx_pool_t *p;
if (size <= pool->max) {
p = pool->current;
do {
m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);
if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {
p->d.last = m + size;
return m;
}
p = p->d.next;
} while (p);
return ngx_palloc_block(pool, size);
}
return ngx_palloc_large(pool, size);
}
比如调用p = ngx_palloc(pool, 32); last会向后移动32个字节，内存布局如下：
假设这个pool可用空间不够了，那么会调用ngx_palloc_block分配一个与当前pool大小一样的pool，并将该pool挂在内存池链上和将last指针调整好之后直接返回给用户可用的内存地址，如下图是调用q = ngx_palloc(pool, 128);后的内存布局，左边是可用空间不够的pool，右边是ngx_palloc_block分配的pool：
以上就是nginx内存池的基本原理，首先分配一个大块内存，然后每次分配小块内存时直接修改last指针后直接返回内存地址，非常之高效。
基本原理讲完了，再来看看ngx_palloc的bug，这个bug隐藏得比较深，耗费了好几天才搞定。这个bug是我同事KawaruNagisa发现的，他也给官网提bug并accept了，相信下个版本会得到修复的。我接触nginx时间不是很长，这个bug正好有机会来研究研究nginx的内存池实现。先来看看ngx_palloc的几行代码：
void *
ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
……
m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT); //内存对齐，在64位系统下是8字节对齐
if ((size_t) (p->d.end - m) >= size) {
p->d.last = m + size;
return m;
}
……
}上面的代码中本意是先得到对齐之后的m，并和end指针对比，如果end和m之间的可用空间大于等于要分配的size，那么就分配成功，并将last向后移动。但是还有另一种情况没有考虑到：假设 last=28， end=30， size = 32， end-last=2，即end和last之间只有2个字节的可用空间，那么将last 8字节对齐之后为32，即m=32，那么end-m=-2，-2再转换成size_t则变成了18446744073709551614，再跟size相比，肯定为true，接着调整last指针并返回m；而我们要分配32个字节，应该再分配一个pool并在这个pool上分配内存，显然是bug啊。用gdb模拟一下：
所以上面代码中if条件里应该加上p->d.end > m ，修复后的ngx_palloc应该如下：
void *
ngx_palloc(ngx_pool_t *pool, size_t size)
{
u_char *m;
ngx_pool_t *p;
if (size <= pool->max) {
p = pool->current;
do {
m = ngx_align_ptr(p->d.last, NGX_ALIGNMENT);
if (p->d.end > m && (size_t) (p->d.end - m) >= size) {
p->d.last = m + size;
return m;
}
p = p->d.next;
} while (p);
return ngx_palloc_block(pool, size);
}
return ngx_palloc_large(pool, size);
}另一种避免这个Bug的方法是创建pool时（ngx_create_pool）指定的size要按NGX_ALIGNMENT字节对齐，否则比较容易出Bug。
