mysql MEM_ROOT源码分析

c/c++容易出现内存泄露问题，这是因为它们需要直接操作内存，new/malloc分配内存，delete/free释放，需要一一对应，很多时候分配和释放内存之间有着复杂的过程，或者出错之前没有释放内存就出现内存泄露了，而这对于需要保证高可用性的数据库而言是不可接受的

MySQL通过MEM_ROOT可以保证分配的内存都被释放了，基本原理是：记录所有向操作系统'借'的所有内存块，通过alloc_root/multi_alloc_root函数向调用者返回相应大小内存，在释放时将其统一归还给操作系统，代价是：实际分配了更多的内存；额外的内存管理

代码位置：include/my_alloc.h，mysys/my_alloc.c

两个重要的数据结构：MEM_ROOT 和 USED_MEM 

先来解释MEM_ROOT，这个结构体用于管理向操作系统'借'的所有内存块，free链表将有剩余空间的内存块链接起来，used链表记录所有空间使用得差不多（每次分配内存都会通过left_size或者first_block_usage判断是否将free中第一个block从free移到used中）的内存块，pre_alloc为预分配的内存空间，min_malloc会被初始化为32，first_block_usage这个参数比较有意思，每次从free链表中的第一个block分配内存失败（剩余空间不满足）后会增加1，而当在某次分配length大小内存时，如果发现free链表中的第一个内存块中没有足够的内存且剩余空间不够4096，而这时first_block_usage大于10的话，会将block从free链表移到used链表中，并且将first_block_usage重新置为0，error_handler是一个函数指针，看函数名就知道其作用了

typedef struct st_mem_root
{
  USED_MEM *free;                  /* blocks with free memory in it */
  USED_MEM *used;                  /* blocks almost without free memory */
  USED_MEM *pre_alloc;             /* preallocated block */
  /* if block have less memory it will be put in 'used' list */
  size_t min_malloc;
  size_t block_size;               /* initial block size */
  unsigned int block_num;          /* allocated blocks counter */
  /*
     first free block in queue test counter (if it exceed
     MAX_BLOCK_USAGE_BEFORE_DROP block will be dropped in 'used' list)
  */
  unsigned int first_block_usage;

  void (*error_handler)(void);
} MEM_ROOT;

继续来看USED_MEM这个结构体，它代表一个内存块，其中有内存块的总大小size，剩余大小left，还有一个指向下一个内存块的指针next，但是直到现在我们都还没有看到真正的内存在哪，MEM_ROOT如何向外分配出内存？

typedef struct st_used_mem
{
  struct st_used_mem *next;        /* Next block in use */
  unsigned int     left;             /* memory left in block  */
  unsigned int     size;             /* size of block */
} USED_MEM;

其实，USED_MEM这个结构体中能够看到的成员实际上一个内存块的元数据，真正的的内存是紧接着该结构体之后，内存大小为size-ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM))，通过left记录剩余空闲内存大小，可以看出内存块之间通过next指针形成了一个链表

到这里，再看MEM_ROOT中的一下函数就很容易了：

init_alloc_root

初始化MEM_ROOT，如果pre_alloc_size不为0，就预分配一个大小为pre_alloc_size+ ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM)的内存块，并将pre_alloc和free指针指向它，看出来了，真正的内存从结构体地址之后的ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM)开始

alloc_root

向外分配内存的函数，从free链表中找到一个大小满足的内存块，对于第一个block，会执行first_block_usage++; 如果其中没有足够的内存且剩余空间不够4096，而这时first_block_usage大于10的话，会将该block从free链表移到used链表中，继续搜索链表中的block，如果能找到一个大小满足的块，就从其中分配，如果没能找到，就向操作系统'借'一块内存，大小为block_size * (block_num >> 2)和length+ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM))中的最大值，将其放到free链表最后，分配完内存后，block中left会减小分配出去的大小，如果left

multi_alloc_root

弄明白了alloc_root，这个就很容易了，这里不做过多解释

free_root

标记释放：MY_MARK_BLOCKS_FREE，将free和used链表中所有block中的left重置(size-ALIGN_SIZE(sizeof(USED_MEM))，used链到free链表末尾，以及重置MEM_ROOT中的used和first_block_usage

真正释放：遍历free和used链表，向操作系统归还所有'借'来的内存块