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来源：Laruence
Zend 引擎提供为了处理请求相关数据提供了一种特殊的内存管理器。请求相关数据是指只需要服务于单个请求，最迟会在请求结束时释放的数据。

首先让我们看一个问题:

var_dump(memory_get_usage());
$a = "laruence";
var_dump(memory_get_usage());
unset($a);
var_dump(memory_get_usage());

输出(在我的个人电脑上, 可能会因为系统,PHP版本,载入的扩展不同而不同):

int(90440)
int(90640)
int(90472)

注意到 90472-90440=32, 于是就有了各种的结论：

  • 有的人说PHP的unset并不真正释放内存
  • 有的说, PHP的unset只是在释放大变量(大量字符串, 大数组)的时候才会真正free内存
  • 更有人说, 在PHP层面讨论内存是没有意义的.

那么, 到底unset会不会释放内存?

这32个字节去哪里了

首先我们要打破一个思维:
PHP不像C语言那样,只有你显示的调用内存分配相关API才会有内存的分配.
也就是说, 在PHP中, 有很多我们看不到的内存分配过程.

比如对于:

$a = "laruence";

隐式的内存分配点就有:

  • 为变量名分配内存, 存入符号表
  • 为变量值分配内存

所以, 不能只看表象.

第二, 别怀疑, PHP的unset确实会释放内存(当然, 还要结合引用和计数), 但这个释放不是C编程意义上的释放, 不是交回给OS.
对于PHP来说, 它自身提供了一套和C语言对内存分配相似的内存管理API:

emalloc(size_t size);
efree(void *ptr);
ecalloc(size_t nmemb, size_t size);
erealloc(void *ptr, size_t size);
estrdup(const char *s);
estrndup(const char *s, unsigned int length);

这些API和C的API意义对应, 在PHP内部都是通过这些API来管理内存的.
当我们调用emalloc申请内存的时候, PHP并不是简单的向OS要内存, 而是会像OS要一个大块的内存, 然后把其中的一块分配给申请者。
这样当再有逻辑来申请内存的时候, 就不再需要向OS申请内存了, 避免了频繁的系统调用.

比如如下的例子:

<?php
var_dump(memory_get_usage(TRUE)); //注意获取的是real_size
$a = "laruence";
var_dump(memory_get_usage(TRUE));
unset($a);
var_dump(memory_get_usage(TRUE));

输出:

int(262144)
int(262144)
int(262144)

也就是我们在定义变量$a的时候, PHP并没有向系统申请新内存.

同样的, 在我们调用efree释放内存的时候, PHP也不会把内存还给OS, 而会把这块内存, 归入自己维护的空闲内存列表.

现在让我来回答这32个字节跑哪里去了, 就向我刚才说的, 很多内存分配的过程不是显式的, 看了下面的代码你就明白了:

<?php
var_dump("I am Laruence, From http://www.laruence.com");
var_dump(memory_get_usage());
$a = "laruence";
var_dump(memory_get_usage());
unset($a);
var_dump(memory_get_usage());

输出:

string(43) "I am Laruence, From http://www.laruence.com"
int(90808) //赋值前
int(90976)
int(90808) //是的, 内存正常释放了

90808-90808 = 0, 正常了, 也就是说这32个字节是被输出函数给占用了(严格来说, 是被输出的Header占用了)

只增不减的数组

Hashtable是PHP的核心结构, 数组也是用她来表示的, 而符号表也是一种关联数组, 对于如下代码:

var_dump("I am Laruence, From http://www.laruence.com");
var_dump(memory_get_usage());
$array = array_fill(1, 100, "laruence");
foreach ($array as $key => $value) {
    ${$value . $key} = NULL;
}
var_dump(memory_get_usage());
foreach ($array as $key=> $value) {
    unset(${$value . $key});
}
var_dump(memory_get_usage());

我们定义了100个变量, 然后又按个Unset了他们, 来看看输出:

string(43) "I am Laruence, From http://www.laruence.com"
int(93560)
int(118848)
int(104448)

Wow, 怎么少了这么多内存?

这是因为对于Hashtable来说, 定义它的时候, 不可能一次性分配足够多的内存块, 来保存未知个数的元素。

所以PHP会在初始化的时候, 只是分配一小部分内存块给HashTable, 当不够用的时候再RESIZE扩容。

而Hashtable, 只能扩容, 不会减少, 对于上面的例子, 当我们存入100个变量的时候, 符号表不够用了, 做了一次扩容。

而当我们依次unset掉这100个变量以后, 变量占用的内存是释放了(118848 – 104448), 但是符号表并没有缩小, 所以这些少的内存是被符号表本身占去了…

现在, 你是不是对PHP的内存管理有了一个初步的认识了呢?

1.Zend内存池

内存池是内核中最底层的内存操作，定义了三种粒度的内存块：chunk、page、slot。

每个chunk的大小为2M，page大小为4KB，一个chunk被切割为512个page，而一个或若干个page被切割为多个slot，所以申请内存时按照不同的申请大小决定具体的分配策略：

Huge(chunk): 申请内存大于2M，直接调用系统分配，分配若干个chunk
Large(page): 申请内存大于3K(3/4 page_size)，小于2044K(511 page_size)，分配若干个page
Small(slot): 申请内存小于等于3K(3/4 page_size)

2.zend堆结构

image
chunk由512个page组成，其中第一个page用于保存chunk结构，剩下的511个page用于内存分配，page主要用于Large、Small两种内存的分配；

heap是表示内存池的一个结构，它是最主要的一个结构，用于管理上面三种内存的分配，Zend中只有一个heap结构。但在多线程模式下(ZTS)会有多个heap，也就是说每个线程都有一个独立的内存池

3.内存分配

Huge分配

超过2M内存的申请，与通用的内存申请没有太大差别，只是将申请的内存块通过单链表进行了管理。

huge的分配实际就是分配多个chunk，chunk的分配也是large、small内存分配的基础，它是ZendMM向系统申请内存的唯一粒度。

在申请chunk内存时有一个关键操作，那就是将内存地址对齐到ZEND_MM_CHUNK_SIZE，也就是说申请的chunk地址都是ZEND_MM_CHUNK_SIZE的整数倍

Large分配 大于3/4的page_size(4KB)且小于等于511个page_size的内存申请，也就是一个chunk的大小够用(之所以是511个page而不是512个是因为第一个page始终被chunk结构占用)，如果申请多个page的话分配的时候这些page都是连续的。

如果直到最后一个chunk也没找到则重新分配一个新的chunk并插入chunk链表,chunk->free_map利用bitmap来记录每组的page的使用情况

image

  • a.首先会直接跳过group1，直接到group2检索
  • b.在group2中找到第一个可用page位置：67，然后向下找第一个不可用page位置：69，找到的可用内存块长度为2，小于3，表示此内存块不可用
  • c.接着再次在group2中查找到第一个可用page位置：71,然后向下找到第一个不可用page位置：75,内存块长度为4，大于3，表示找到一个符合的位置，虽然已经找到可用内存块但并不”完美”，先将这个并不完美的page_num及len保存到best、best_len，如果后面没有比它更完美的就用它了
  • d.再次检索，发现group2已无可用page，进入group3，找到可用内存位置：page 130-132，大小比c中找到的合适，所以最终返回的page就是130-132
  • e.page分配完成后会将free_map对应整数的bit位从page_num至(page_num+page_count)置为1

Small分配
small内存指的是小于(3/4 page_size)的内存，这些内存首先也是申请了1个或多个page，然后再将这些page按固定大小切割了，所以第一步与上一节Large分配完全相同。

small内存总共有30种固定大小的规格：8,16,24,32,40,48,56,64,80,96,112,128 … 1792,2048,2560,3072 Byte。
我们把这称之为slot，这些slot的大小是有规律的:最小的slot大小为8byte，前8个slot依次递增8byte，后面每隔4个递增值乘以2

image

  • step1: 首先根据申请内存的大小在heap->free_slot中找到对应的slot规格bin_num，如果当前slot为空则首先分配对应的page，free_slot[bin_num]始终指向第一个可用的slot
  • step2: 如果申请内存大小对应的的slot链表不为空则直接返回free_slot[bin_num]，然后将free_slot[bin_num]指向下一个空闲位置
  • step3: 释放内存时先将此内存的next_free_slot指向free_slot[bin_num]，然后将free_slot[bin_num]指向释放的内存，也就是将释放的内存插到链表头部