本文轉載自Day Day Up部落格，文章對Redis的記憶體分配封裝庫進行了分析，描述了Redis在記憶體分配和使用統計方面的各種細節和技巧。

Redis中到處都會進行記憶體分配操作。為了遮蔽不同平臺之間的差異，以及統計記憶體佔用量等，Redis對記憶體分配函式進行了一層封裝，程式中統一使用zmalloc，zfree一系列函式，位於zmalloc.h，zmalloc.c文中。

上邊說過，封裝就是為了遮蔽底層平臺的差異，同時方便自己實現相關的統計函式。具體來說就是：

• 若系統中存在Google的TC_MALLOC庫，則使用tc_malloc一族函式代替原本的malloc一族函式。
• 若當前系統是Mac系統，則使用<malloc/malloc.h>中的記憶體分配函式。
• 其他情況，在每一段分配好的空間前頭，同時多分配一個定長的欄位，用來記錄分配的空間大小。

原始碼分別在 config.h 和 zmalloc.c 中：

/* config.h */
#if defined(USE_TCMALLOC)
#include <google/tcmalloc.h>
#if TC_VERSION_MAJOR >= 1 && TC_VERSION_MINOR >= 6
#define HAVE_MALLOC_SIZE 1
#define redis_malloc_size(p) tc_malloc_size(p)
#endif
#elif defined(__APPLE__)
#include <malloc/malloc.h>
#define HAVE_MALLOC_SIZE 1
#define redis_malloc_size(p) malloc_size(p)
#endif
 

/* zmalloc.c */
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
#define PREFIX_SIZE (0)
#else
#if defined(__sun)
#define PREFIX_SIZE (sizeof(long long))
#else
#define PREFIX_SIZE (sizeof(size_t))
#endif
#endif

因為 tc_malloc 和 Mac平臺下的 malloc 函式族提供了計算已分配空間大小的函式（分別是tc_malloc_size和malloc_size），所以就不需要單獨分配一段空間記錄大小了。而針對linux和sun平臺則要記錄分配空間大小。對於linux，使用sizeof(size_t)定長欄位記錄；對於sun os，使用sizeof(long long)定長欄位記錄。也就是上邊原始碼中的 PREFIX_SIZE 巨集。

那麼這個記錄有什麼用呢？答案是，為了統計當前程序到底佔用了多少記憶體。在 zmalloc.c 中，有這樣一個靜態變數：

static size_t used_memory = 0;

它記錄了程序當前佔用的記憶體總數。每當要分配記憶體或是釋放記憶體的時候，都要更新這個變數。因為分配記憶體的時候，可以明確知道要分配多少記憶體。但是釋放記憶體的時候，（對於未提供malloc_size函式的平臺）僅通過指向要釋放記憶體的指標是不能知道釋放的空間到底有多大的。這個時候，上邊提到的PREFIX_SIZE定長欄位就起作用了，可以通過其中記錄的內容得到空間的大小。zmalloc函式如下（去掉無關程式碼）：

void *zmalloc(size_t size) {
    void *ptr = malloc(size+PREFIX_SIZE);

    if (!ptr) zmalloc_oom(size);
    *((size_t*)ptr) = size;
    update_zmalloc_stat_alloc(size+PREFIX_SIZE,size);
    return (char*)ptr+PREFIX_SIZE;
#endif
}

看到在分配空間的時候，空間大小是size+PREFIX_SIZE。對於mac系統或是使用tc_malloc的情況，PREFIX_SIZE 為0。之後將ptr指標指向的空間前size_t中記錄分配空間的大小。最後返回的是越過記錄區的指標。zfree函式類似（去掉無關程式碼）：

void zfree(void *ptr) {
    void *realptr;
    size_t oldsize;

    if (ptr == NULL) return;
    realptr = (char*)ptr-PREFIX_SIZE;
    oldsize = *((size_t*)realptr);
    update_zmalloc_stat_free(oldsize+PREFIX_SIZE);
    free(realptr);
#endif
}

先將指標向前移動PREFIX_SIZE，然後取出分配空間時儲存的空間長度。最後free整個空間。

update_zmalloc_stat_alloc(__n,__size) 和 update_zmalloc_stat_free(__n) 這兩個巨集負責在分配記憶體或是釋放記憶體的時候更新used_memory變數。定義成巨集主要是出於效率上的考慮。將其還原為函式，就是下邊這個樣子：

void update_zmalloc_stat_alloc(__n,__size)
{
    do {
        size_t _n = (__n);
        size_t _stat_slot = (__size < ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT) ? __size : ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT;
        if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1));
        if (zmalloc_thread_safe) {
            pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);
            used_memory += _n;
            zmalloc_allocations[_stat_slot]++;
            pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);
        } else {
            used_memory += _n;
            zmalloc_allocations[_stat_slot]++;
        }
    } while(0)
}

void update_zmalloc_stat_free(__n)
{
    do {
        size_t _n = (__n);
        if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1));
        if (zmalloc_thread_safe) {
            pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);
            used_memory -= _n;
            pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);
        } else {
            used_memory -= _n;
        }
    } while(0)
}

程式碼中除了更新used_memory變數外，還有幾個要關注的地方：

1. 先對_n的低位向上取整，最後_n變為sizeof(long)的倍數，比如對於32位系統，sizeof(long) == 100(二進位制)，_n向上取整之後，低兩位都變為0。
2. 如果程序中有多個執行緒存在，則在更新變數的時候要加鎖。
3. 在zmalloc函式中還有一個統計量要更新：zmalloc_allocations[]。

在 zmalloc.c 中，zmalloc_allocations是這樣定義的：

size_t zmalloc_allocations[ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT+1];

其作用是統計程式分配記憶體時，對不同大小空間的請求次數。統計的空間範圍從1位元組到256位元組，大於256位元組的算為256。統計結果通過呼叫 zmalloc_allocations_for_size 函式返回：

size_t zmalloc_allocations_for_size(size_t size) {
    if (size > ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT) return 0;
    return zmalloc_allocations[size];
}

另一個對記憶體使用量的統計通過呼叫 zmalloc_used_memory 函式返回：

size_t zmalloc_used_memory(void) {
    size_t um;

    if (zmalloc_thread_safe) pthread_mutex_lock(&used_memory_mutex);
    um = used_memory;
    if (zmalloc_thread_safe) pthread_mutex_unlock(&used_memory_mutex);
    return um;
}

另外 zmalloc.c 中，還針對不同的系統實現了 zmalloc_get_rss 函式，在linux系統中是通過讀取/proc/$pid/stat檔案獲得系統統計的記憶體佔用量。關於/proc虛擬檔案系統可以看之前的文章。