深入探讨PHP中的内存管理问题

四、 Zend内存管理器

　　在上面的"跳出"请求期间解决内存泄漏的方案之一是：使用Zend内存管理(ZendMM)层。引擎的这一部分非常类似于操作系统的内存管理行为-分配内存给调用程序。区别在于，它处于进程空间中非常低的位置而且是"请求感知"的；这样以来，当一个请求结束时，它能够执行与OS在一个进程终止时相同的行为。也就是说，它会隐式地释放所有的为该请求所占用的内存。图1展示了ZendMM与OS以及PHP进程之间的关系。

图1.Zend内存管理器代替系统调用来实现针对每一种请求的内存分配。

　　除了提供隐式内存清除功能之外，ZendMM还能够根据php.ini中memory_limit的设置控制每一种内存请求的用法。如果一个脚本试图请求比系统中可用内存更多的内存，或大于它每次应该请求的最大量，那么，ZendMM将自动地发出一个E_ERROR消息并且启动相应的"跳出"进程。这种方法的一个额外优点在于，大多数内存分配调用的返回值并不需要检查，因为如果失败的话将会导致立即跳转到引擎的退出部分。

　　把PHP内部代码和OS的实际的内存管理层"钩"在一起的原理并不复杂：所有内部分配的内存都要使用一组特定的可选函数实现。例如，PHP代码不是使用malloc(16)来分配一个16字节内存块而是使用了emalloc(16)。除了实现实际的内存分配任务外，ZendMM还会使用相应的绑定请求类型来标志该内存块；这样以来，当一个请求"跳出"时，ZendMM可以隐式地释放它。

　　经常情况下，内存一般都需要被分配比单个请求持续时间更长的一段时间。这种类型的分配（因其在一次请求结束之后仍然存在而被称为"永久性分配"），可以使用传统型内存分配器来实现，因为这些分配并不会添加ZendMM使用的那些额外的相应于每种请求的信息。然而有时，直到运行时刻才会确定是否一个特定的分配需要永久性分配，因此ZendMM导出了一组帮助宏，其行为类似于其它的内存分配函数，但是使用最后一个额外参数来指示是否为永久性分配。

　　如果你确实想实现一个永久性分配，那么这个参数应该被设置为1；在这种情况下，请求是通过传统型malloc()分配器家族进行传递的。然而，如果运行时刻逻辑认为这个块不需要永久性分配；那么，这个参数可以被设置为零，并且调用将会被调整到针对每种请求的内存分配器函数。

　　例如，pemalloc(buffer_len，1)将映射到malloc(buffer_len)，而pemalloc(buffer_len，0)将被使用下列语句映射到emalloc(buffer_len)：

#define in Zend/zend_alloc.h: #define pemalloc(size， persistent) ((persistent)?malloc(size): emalloc(size))

　　所有这些在ZendMM中提供的分配器函数都能够从下表中找到其更传统的对应实现。

　　表格1展示了ZendMM支持下的每一个分配器函数以及它们的e/pe对应实现：

　　表格1.传统型相对于PHP特定的分配器。

分配器函数	e/pe对应实现
void *malloc(size_t count);	void *emalloc(size_t count);void *pemalloc(size_t count，char persistent);
void *calloc(size_t count);	void *ecalloc(size_t count);void *pecalloc(size_t count，char persistent);
void *realloc(void *ptr，size_t count);	void *erealloc(void *ptr，size_t count); void *perealloc(void *ptr，size_t count，char persistent);
void *strdup(void *ptr);	void *estrdup(void *ptr);void *pestrdup(void *ptr，char persistent);
void free(void *ptr);	void efree(void *ptr); void pefree(void *ptr，char persistent);

　　你可能会注意到，即使是pefree()函数也要求使用永久性标志。这是因为在调用pefree()时，它实际上并不知道是否ptr是一种永久性分配。针对一个非永久性分配调用free()能够导致双倍的空间释放，而针对一种永久性分配调用efree()有可能会导致一个段错误，因为内存管理器会试图查找并不存在的管理信息。因此，你的代码需要记住它分配的数据结构是否是永久性的。

　　除了分配器函数核心部分外，还存在其它一些非常方便的ZendMM特定的函数，例如：

void *estrndup(void *ptr，int len);

　　该函数能够分配len+1个字节的内存并且从ptr处复制len个字节到最新分配的块。这个estrndup()函数的行为可以大致描述如下：

void *estrndup(void *ptr， int len) { 　char *dst = emalloc(len + 1); 　memcpy(dst， ptr， len); 　dst[len] = 0; 　return dst; }

　　在此，被隐式放置在缓冲区最后的NULL字节可以确保任何使用estrndup()实现字符串复制操作的函数都不需要担心会把结果缓冲区传递给一个例如printf()这样的希望以为NULL为结束符的函数。当使用estrndup()来复制非字符串数据时，最后一个字节实质上都浪费了，但其中的利明显大于弊。

void *safe_emalloc(size_t size， size_t count， size_t addtl); void *safe_pemalloc(size_t size， size_t count，size_t addtl，char persistent);

　　这些函数分配的内存空间最终大小是((size*count)+addtl)。你可以会问："为什么还要提供额外函数呢？为什么不使用一个emalloc/pemalloc呢？"原因很简单：为了安全。尽管有时候可能性相当小，但是，正是这一"可能性相当小"的结果导致宿主平台的内存溢出。这可能会导致分配负数个数的字节空间，或更有甚者，会导致分配一个小于调用程序要求大小的字节空间。而safe_emalloc()能够避免这种类型的陷井-通过检查整数溢出并且在发生这样的溢出时显式地预以结束。

　　注意，并不是所有的内存分配例程都有一个相应的p*对等实现。例如，不存在pestrndup()，并且在PHP 5.1版本前也不存在safe_pemalloc()。

　　五、 引用计数

　　慎重的内存分配与释放对于PHP（它是一种多请求进程）的长期性能有极其重大的影响；但是，这还仅是问题的一半。为了使一个每秒处理上千次点击的服务器高效地运行，每一次请求都需要使用尽可能少的内存并且要尽可能减少不必要的数据复制操作。请考虑下列PHP代码片断：

＜?php $a = 'Hello World'; $b = $a; unset($a); ?＞

　　在第一次调用之后，只有一个变量被创建，并且一个12字节的内存块指派给它以便存储字符串"Hello World"，还包括一个结尾处的NULL字符。现在，让我们来观察后面的两行：$b被置为与变量$a相同的值，然后变量$a被释放。

　　如果PHP因每次变量赋值都要复制变量内容的话，那么，对于上例中要复制的字符串还需要复制额外的12个字节，并且在数据复制期间还要进行另外的处理器加载。这一行为乍看起来有点荒谬，因为当第三行代码出现时，原始变量被释放，从而使得整个数据复制显得完全不必要。其实，我们不妨再远一层考虑，让我们设想当一个10MB大小的文件的内容被装载到两个变量中时会发生什么。这将会占用20MB的空间，此时，10已经足够了。引擎会把那么多的时间和内存浪费在这样一种无用的努力上吗？

　　你应该知道，PHP的设计者早已深谙此理。

　　记住，在引擎中，变量名和它们的值实际上是两个不同的概念。值本身是一个无名的zval*存储体（在本例中，是一个字符串值），它被通过zend_hash_add()赋给变量$a。如果两个变量名都指向同一个值，会发生什么呢？

{ 　zval *helloval; 　MAKE_STD_ZVAL(helloval); 　ZVAL_STRING(helloval， "Hello World"， 1); 　zend_hash_add(EG(active_symbol_table)， "a"， sizeof("a")，&helloval， sizeof(zval*)， NULL); 　zend_hash_add(EG(active_symbol_table)， "b"， sizeof("b")，&helloval， sizeof(zval*)， NULL); }

　　此时，你可以实际地观察$a或$b，并且会看到它们都包含字符串"Hello World"。遗憾的是，接下来，你继续执行第三行代码"unset($a);"。此时，unset()并不知道$a变量指向的数据还被另一个变量所使用，因此它只是盲目地释放掉该内存。任何随后的对变量$b的存取都将被分析为已经释放的内存空间并因此导致引擎崩溃。

　　这个问题可以借助于zval（它有好几种形式）的第四个成员refcount加以解决。当一个变量被首次创建并赋值时，它的refcount被初始化为1，因为它被假定仅由最初创建它时相应的变量所使用。当你的代码片断开始把helloval赋给$b时，它需要把refcount的值增加为2；这样以来，现在该值被两个变量所引用：

{ 　zval *helloval; 　MAKE_STD_ZVAL(helloval); 　ZVAL_STRING(helloval， "Hello World"， 1); 　zend_hash_add(EG(active_symbol_table)， "a"， sizeof("a")，&helloval， sizeof(zval*)， NULL); 　ZVAL_ADDREF(helloval); 　zend_hash_add(EG(active_symbol_table)， "b"， sizeof("b")，&helloval，sizeof(zval*)，NULL); }

　　现在，当unset()删除原变量的$a相应的副本时，它就能够从refcount参数中看到，还有另外其他人对该数据感兴趣；因此，它应该只是减少refcount的计数值，然后不再管它。