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MySQL MEM_ROOT详解

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:

#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

下面再来看看MEM_ROOT结构体相关的信息:

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;

以下是分配具体的block信息.

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;

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:

MEM_ROOT的初始化过程如下:

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)。

下面来看看具体分配内存的步骤:

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; } }

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:

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

prev指向的是最后一个block的next指向的地址的地址：

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;

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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