Nginx源码分析---链表结构ngx_list_t

0. 序

本文继续介绍nginx的容器——链表。

链表实现文件：文件：./src/core/ngx_list.h/.c。.表示nginx-1.0.4代码目录，本文为/usr/src/nginx-1.0.4。

1. 链表结构

1.1 ngx_list_t结构

[align=center][/align]

nginx的链表(头)结构为ngx_list_t，链表节点结构为ngx_list_part_t，定义如下。

typedef struct ngx_list_part_s ngx_list_part_t;

struct ngx_list_part_s { //链表节点结构
void *elts; //指向该节点实际的数据区(该数据区中可以存放nalloc个大小为size的元素)
ngx_uint_t nelts; //实际存放的元素个数
ngx_list_part_t *next; //指向下一个节点
};

typedef struct{ //链表头结构
ngx_list_part_t *last; //指向链表最后一个节点(part)
ngx_list_part_t part; //链表头中包含的第一个节点(part)
size_t size; //每个元素大小
ngx_uint_t nalloc; //链表所含空间个数，即实际分配的小空间的个数
ngx_pool_t *pool; //该链表节点空间在此内存池中分配
}ngx_list_t;

其中，sizeof(ngx_list_t)=28，sizeof(ngx_list_part_t)=12。

由此可见，nginx的链表也要从内存池中分配。对于每一个节点(list part)将分配nalloc个大小为size的小空间，实际分配的大小为(nalloc * size)。详见下文的分析。

1.2 ngx_list_t的逻辑结构

ngx_list_t结构引用了ngx_pool_t结构，因此本文参考nginx-1.0.4源码分析—内存池结构ngx_pool_t及内存管理一文画出相关结构的逻辑图，如下。注：本文采用UML的方式画出该图。





2. 链表操作

链表操作共3个，如下。

//创建链表
ngx_list_t*ngx_list_create(ngx_pool_t *pool, ngx_uint_t n, size_t size);

//初始化链表
static ngx_inline ngx_int_t ngx_list_init(ngx_list_t *list, ngx_pool_t *pool,
ngx_uint_tn, size_t size);

//添加元素
void*ngx_list_push(ngx_list_t *l)

他们的实现都很简单，本文只分析创建链表和添加元素操作。

2.1创建链表

创建链表的操作实现如下，首先分配链表头(28B)，然后分配头节点(即链表头中包含的part)数据区，两次分配均在传入的内存池(pool指向的内存池)中进行。然后简单初始化链表头并返回链表头的起始位置。

ngx_list_t *
ngx_list_create(ngx_pool_t*pool, ngx_uint_t n, size_t size)
{
ngx_list_t *list;

list = ngx_palloc(pool,sizeof(ngx_list_t)); //从内存池中分配链表头
if (list == NULL) {
return NULL;
}

list->part.elts =ngx_palloc(pool, n * size); //接着分配n*size大小的区域作为链表数据区
if (list->part.elts == NULL) {
return NULL;
}

list->part.nelts = 0; //初始化
list->part.next = NULL;
list->last = &list->part;
list->size = size;
list->nalloc = n;
list->pool = pool;

return list; //返回链表头的起始位置
}

创建链表后内存池的物理结构图如下。





2.2添加元素

添加元素操作实现如下，同nginx数组实现类似，其实际的添加操作并不在该函数中完成。函数ngx_list_push返回可以在该链表数据区中放置元素(元素可以是1个或多个)的位置，而添加操作即在获得添加位置之后进行，如后文的例子。

void *
ngx_list_push(ngx_list_t*l)
{
void *elt;
ngx_list_part_t *last;

last = l->last;

if (last->nelts ==l->nalloc) { //链表数据区满

/* the last part is full, allocate anew list part */

last =ngx_palloc(l->pool, sizeof(ngx_list_part_t)); //分配节点(list part)
if (last == NULL) {
return NULL;
}

last->elts =ngx_palloc(l->pool, l->nalloc * l->size);//分配该节点(part)的数据区
if (last->elts == NULL) {
return NULL;
}

last->nelts = 0;
last->next = NULL;

l->last->next =last; //将分配的list part插入链表
l->last = last; //并修改list头的last指针
}

elt = (char *)last->elts + l->size * last->nelts; //计算下一个数据在链表数据区中的位置
last->nelts++; //实际存放的数据个数加1

return elt; //返回该位置
}

由此可见，向链表中添加元素实际上就是从内存池中分配链表节点(part)及其该节点的实际数据区，并修改链表节点(part)信息。

注1：与数组的区别，数组数据区满时要扩充数据区空间；而链表每次要分配节点及其数据区。

注2：链表的每个节点(part)的数据区中可以放置1个或多个元素，这里的元素可以是一个整数，也可以是一个结构。

下图是一个有3个节点的链表的逻辑结构图。



图中的线太多，容易眼晕，下面这个图可能好一些。



3. 一个例子

理解并掌握开源软件的最好方式莫过于自己写一些测试代码，或者改写软件本身，并进行调试来进一步理解开源软件的原理和设计方法。本节给出一个创建内存池并从中分配一个链表的简单例子。在该例中，链表的每个节点(part)可存放5个元素，每个元素4字节大小，创建链表后，要向链表添加15个整型元素。

3.1代码

/**
* ngx_list_t test, to test ngx_list_create, ngx_list_push
*/

#include <stdio.h>
#include "ngx_config.h"
#include "ngx_conf_file.h"
#include "nginx.h"
#include "ngx_core.h"
#include "ngx_string.h"
#include "ngx_palloc.h"
#include "ngx_list.h"

volatile ngx_cycle_t *ngx_cycle;

void ngx_log_error_core(ngx_uint_t level, ngx_log_t *log, ngx_err_t err,
const char *fmt, ...)
{
}

void dump_pool(ngx_pool_t* pool)
{
while (pool)
{
printf("pool = 0x%x\n", pool);
printf(" .d\n");
printf(" .last = 0x%x\n", pool->d.last);
printf(" .end = 0x%x\n", pool->d.end);
printf(" .next = 0x%x\n", pool->d.next);
printf(" .failed = %d\n", pool->d.failed);
printf(" .max = %d\n", pool->max);
printf(" .current = 0x%x\n", pool->current);
printf(" .chain = 0x%x\n", pool->chain);
printf(" .large = 0x%x\n", pool->large);
printf(" .cleanup = 0x%x\n", pool->cleanup);
printf(" .log = 0x%x\n", pool->log);
printf("available pool memory = %d\n\n", pool->d.end - pool->d.last);
pool = pool->d.next;
}
}

void dump_list_part(ngx_list_t* list, ngx_list_part_t* part)
{
int *ptr = (int*)(part->elts);
int loop = 0;

printf(" .part = 0x%x\n", &(list->part));
printf(" .elts = 0x%x ", part->elts);
printf("(");
for (; loop < list->nalloc - 1; loop++)
{
printf("0x%x, ", ptr[loop]);
}
printf("0x%x)\n", ptr[loop]);
printf(" .nelts = %d\n", part->nelts);
printf(" .next = 0x%x", part->next);
if (part->next)
printf(" -->\n");
printf(" \n");
}

void dump_list(ngx_list_t* list)
{
if (list == NULL)
return;

printf("list = 0x%x\n", list);
printf(" .last = 0x%x\n", list->last);
printf(" .part = 0x%x\n", &(list->part));
printf(" .size = %d\n", list->size);
printf(" .nalloc = %d\n", list->nalloc);
printf(" .pool = 0x%x\n\n", list->pool);

printf("elements:\n");

ngx_list_part_t *part = &(list->part);
while (part)
{
dump_list_part(list, part);
part = part->next;
}
printf("\n");
}

int main()
{
ngx_pool_t *pool;
int i;

printf("--------------------------------\n");
printf("create a new pool:\n");
printf("--------------------------------\n");
pool = ngx_create_pool(1024, NULL);
dump_pool(pool);

printf("--------------------------------\n");
printf("alloc an list from the pool:\n");
printf("--------------------------------\n");
ngx_list_t *list = ngx_list_create(pool, 5, sizeof(int));
dump_pool(pool);

for (i = 0; i < 15; i++)
{
int *ptr = ngx_list_push(list);
*ptr = i + 1;
}

printf("--------------------------------\n");
printf("the list information:\n");
printf("--------------------------------\n");
dump_list(list);

printf("--------------------------------\n");
printf("the pool at the end:\n");
printf("--------------------------------\n");
dump_pool(pool);

ngx_destroy_pool(pool);
return 0;
}

3.2如何编译

请参考nginx-1.0.4源码分析—内存池结构ngx_pool_t及内存管理一文。本文编写的makefile文件如下。

CXX = gcc
CXXFLAGS +=-g -Wall -Wextra

NGX_ROOT =/usr/src/nginx-1.0.4

TARGETS =ngx_list_t_test
TARGETS_C_FILE= $(TARGETS).c

CLEANUP = rm-f $(TARGETS) *.o

all:$(TARGETS)

clean:
$(CLEANUP)

CORE_INCS =-I. \
-I$(NGX_ROOT)/src/core \
-I$(NGX_ROOT)/src/event \
-I$(NGX_ROOT)/src/event/modules \
-I$(NGX_ROOT)/src/os/unix \
-I$(NGX_ROOT)/objs \

NGX_PALLOC =$(NGX_ROOT)/objs/src/core/ngx_palloc.o
NGX_STRING =$(NGX_ROOT)/objs/src/core/ngx_string.o
NGX_ALLOC =$(NGX_ROOT)/objs/src/os/unix/ngx_alloc.o
NGX_LIST =$(NGX_ROOT)/objs/src/core/ngx_list.o

$(TARGETS):$(TARGETS_C_FILE)
$(CXX) $(CXXFLAGS) $(CORE_INCS) $(NGX_PALLOC) $(NGX_STRING)$(NGX_ALLOC) $(NGX_LIST) $^ -o $@

3.3运行结果

# ./ngx_list_t_test
-------------------------------- create a new pool:
-------------------------------- pool = 0x9208020 .d .last = 0x9208048
.end = 0x9208420
.next = 0x0
.failed = 0 .max = 984
.current = 0x9208020
.chain = 0x0
.large = 0x0
.cleanup = 0x0
.log = 0x0 available pool memory = 984
-------------------------------- alloc an list from the pool:
-------------------------------- pool = 0x9208020 .d .last = 0x9208078
.end = 0x9208420
.next = 0x0
.failed = 0 .max = 984
.current = 0x9208020
.chain = 0x0
.large = 0x0
.cleanup = 0x0
.log = 0x0 available pool memory = 936
-------------------------------- the list information:
-------------------------------- list = 0x9208048 .last = 0x9208098
.part = 0x920804c
.size = 4
.nalloc = 5
.pool = 0x9208020
elements: .part = 0x920804c .elts = 0x9208064 (0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5)
.nelts = 5
.next = 0x9208078 -->
.part = 0x920804c .elts = 0x9208084 (0x6, 0x7, 0x8, 0x9, 0xa)
.nelts = 5
.next = 0x9208098 -->
.part = 0x920804c .elts = 0x92080a4 (0xb, 0xc, 0xd, 0xe, 0xf)
.nelts = 5
.next = 0x0
-------------------------------- the pool at the end:
-------------------------------- pool = 0x9208020 .d .last = 0x92080b8
.end = 0x9208420
.next = 0x0
.failed = 0 .max = 984
.current = 0x9208020
.chain = 0x0
.large = 0x0
.cleanup = 0x0
.log = 0x0 available pool memory = 872

该例子中内存池和数组的(内存)物理结构可参考2.3节的图。

4. 小结

本文针对nginx-1.0.4的容器——链表结构进行了较为全面的分析，包括链表相关数据结构，链表创建和向链表中添加元素等。最后通过一个简单例子向读者展示nginx链表创建和添加元素操作，同时借此向读者展示编译测试代码的方法。