Redis的zmalloc函数实例分析

1. Redis简介

Redis是一个开源的内存数据结构存储系统，可以用作数据库、缓存和消息代理。Redis的设计目标是高性能、易扩展和高可用。由于其快速的I/O操作和完全基于内存的存储方式，Redis在读取速度和写入速度方面都表现出色，并且可以支持多种数据结构，例如字符串、哈希、列表、集合和有序集合等。

2. zmalloc函数的实现原理

zmalloc函数是Redis内部用于内存分配的函数，其在Unix系统上使用了多种不同的方式进行内存分配，例如malloc、posix_memalign和mmap等。这种多样性设计是为了在不同的情况下选择最适合的内存分配方式。

2.1 zmalloc函数的实现过程

zmalloc的具体实现过程主要分为以下几个步骤：

1、如果分配的内存大小小于REDIS_MAX_ALLOC_SIZE（宏定义为1MB），则使用标准的malloc函数进行内存分配。

2、如果分配的内存大小大于等于REDIS_MAX_ALLOC_SIZE，则调用mmap函数对内存进行映射。

3、如果使用mmap函数进行内存分配失败，则使用posix_memalign函数对内存进行分配。

2.2 内存对齐

在使用posix_memalign函数进行内存分配时，Redis代码有一个比较有趣的实现，即使用了pthread_once函数在程序启动时进行内存对齐的处理。这种方式确保了Redis服务器线程在启动时只做一次内存对齐处理，避免了性能上的浪费。其代码实现如下所示：

static void freeMemoryIfNeeded(void);

static pthread_once_t init_memory_once = PTHREAD_ONCE_INIT;
static void init_memory(void) {
  /* Call any multiplexing API cleanup/teardown functions */
  aeApiFree(g_el);
  /* Setup the allocator function pointers */
  zmalloc_enable_thread_safeness();
  if (!g_config.mem_allocator) {
    if (!strcmp(g_config.mem_allocator_name,"libc"))
      g_config.mem_allocator = zmalloc_libc_malloc;
    else if (!strcmp(g_config.mem_allocator_name,"jemalloc"))
      g_config.mem_allocator = zmalloc_jemalloc_malloc;
    else if (!strcmp(g_config.mem_allocator_name,"tcmalloc"))
      g_config.mem_allocator = zmalloc_tcmalloc_malloc;
    else if (!strcmp(g_config.mem_allocator_name,"huge"))
      g_config.mem_allocator = zmalloc_huge_malloc;
    else {
      serverLog(LL_WARNING,"Unknown allocator \"%s\" in mem_allocator_name configuration directive, using libc allocator.", g_config.mem_allocator_name);
      g_config.mem_allocator = zmalloc_libc_malloc;
    }
  }
  /* Test the allocator */
  void *test_alloc = g_config.mem_allocator(1);
  g_config.mem_allocator_free(test_alloc);
  /* Install the out-of-memory handler. */
  pthread_atfork(NULL,NULL,freeMemoryIfNeeded);
  /* Update the peak memory stats. */
  mem_alloc_peak();
}
void zmalloc_enable_thread_safeness(void) {
  pthread_once(&init_memory_once,init_memory);
}

3. zmalloc函数的应用

除了在Redis服务器本身中使用zmalloc函数外，其还广泛应用于其他开源软件中，例如Nginx和Hiredis等。下面简单介绍一下Hiredis中对zmalloc函数的使用。

在Hiredis中，zmalloc函数主要用于内存分配相关的操作，例如创建redisReply结构体（该结构体用于保存Redis服务器的响应信息）等。其代码实现如下所示：

redisReply *createReplyObject(int type, const void *reply) {

  redisReply *r = zmalloc(sizeof(redisReply));
  r->type = type;
  switch(type) {
    case REDIS_REPLY_INTEGER:
      r->integer = *(long long*)reply;
      break;
    case REDIS_REPLY_DOUBLE:
      r->doubleval = *(double*)reply;
      break;
    case REDIS_REPLY_ARRAY:
      r->elements = *(int*)reply;
      if (r->elements > 0) {
        r->element = zmalloc(sizeof(redisReply*)*r->elements);
        memset(r->element,0,sizeof(redisReply*)*r->elements);
      }
      break;
    case REDIS_REPLY_STATUS:
    case REDIS_REPLY_ERROR:
    case REDIS_REPLY_STRING:
      if (reply == NULL) {
        r->len = 0;
        r->str = NULL;
      } else {
        r->len = strlen(reply);
        r->str = zmalloc(r->len+1);
        memcpy(r->str,reply,r->len+1);
      }
      break;
    case REDIS_REPLY_NIL:
      break;
    default:
      redisAssert(0);
      break;
  }
  return r;
}

总结

在Redis中，zmalloc函数是非常重要的内存分配函数。作为一个高性能、易扩展和高可用的内存数据结构存储系统，Redis充分利用zmalloc函数在内存分配上的多样性设计，保证了系统在读取速度和写入速度方面都有较好的表现。此外，zmalloc函数也在其他开源软件中得到广泛的应用，例如Nginx和Hiredis等。