03Nginx源碼分析之分析記憶體對齊宏(ngx_align，ngx_align_ptr)

03Nginx源碼分析之分析記憶體對齊宏ngx_align，ngx_align_ptr

因為ngx_align與ngx_align_ptr實際上是一樣的，隻不過int與char*位址的差別。是以下面隻分析ngx_align_ptr即可。

1 ngx_align_ptr

// p 是記憶體指針，a 是對齊位元組數(必須是2的幂次方結果)
#define ngx_align_ptr(p, a)                                                   \
    (u_char *) (((uintptr_t) (p) + ((uintptr_t) a - 1)) & ~((uintptr_t) a - 1))

以下假設為64位機器：

先分析最右邊的~((uintptr_t) a - 1)：

當a為2的0次方，即2^0 - 1 = 0時，運算取反後64位全為1；

當a為2的1次方，即2^1 - 1 = 1時，運算取反後64位的隻有低一位為0；

當a為2的2次方，即2^2 - 1 = 3時，運算取反後64位的隻有低兩位為0；

…

可以得出下面結果：

幂次方為幾低位就有幾個零。

對齊位元組數	換成2的幂次方	64位二進制
1	2^0	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
2	2^1	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110
4	2^2	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100
8	2^3	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111000
16	2^4	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110000
32	2^5	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111100000
64	2^6	1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111000000

然後左邊的結果不需要分析，直接看例子。

2 例子

下面的代碼是從ngx的哈希表初始化函數中抽出的。并且本例子按照ngx_cacheline_size = 64位對齊測試。

#include <iostream>
#include <string>
#include <windows.h>
#include <tchar.h>
#include <deque>
#include <assert.h>
using namespace std;

#define ngx_align(d, a)     (((d) + (a - 1)) & ~(a - 1))
#define ngx_cacheline_size 64	//本例子按64位對齊

int main(int argc, char* argv[])
{

	int i = 0;
	short int test[10];
	int size = 10;
	int len = 0;

	//測試對齊位數，4位元組代表32位，8位元組代表64，不過一旦上面設定64，與機器是x86還是x64無關，最終開辟的記憶體仍然一樣
	for (i = 0; i < size; i++) {
		test[i] = sizeof(void*);
	}

	//列印
	for (i = 0; i < size; i++) {
		cout << test[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	//将數組test中的數值設為一百多，然後使用對齊宏進行對齊，驗證對齊後的數值
	//數組中的數值代表我們要開辟的記憶體，這一步的意思是：當實際要開辟的記憶體大小對齊後，實際将占用多少記憶體(這個例子是參考ngx哈希表的初始化函數)
	for (i = 0; i < size; i++) {
		test[i] = i + 100;
	}

	for (i = 0; i < size; i++) {
		if (test[i] == sizeof(void *)) {
			continue;
		}

		//cout << &test[i] << endl;
		test[i] = static_cast<short>(ngx_align(test[i], ngx_cacheline_size));
		//cout << &test[i] << endl;
		//len += test[i];
	}

	//列印對齊後的記憶體開辟大小
	for (i = 0; i < size; i++) {
		cout << test[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << sizeof(ngx_hash_elt_t *) << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

結果：

03Nginx源碼分析之分析記憶體對齊宏(ngx_align，ngx_align_ptr)

可以看到，将8+100後，按照64位對齊，每個數組元素的值變成128的大小，即實際占用128的記憶體。這就是記憶體對齊宏的作用。隻有了解了本例子，你才能去了解ngx的哈希表結構源碼。

3 總結

對比上一篇的ngx_memalign(size_t alignment, size_t size, ngx_log_t *log)記憶體對齊函數，兩者的差別是(實際上一篇在開頭的注意講過，即下圖)：

03Nginx源碼分析之分析記憶體對齊宏(ngx_align，ngx_align_ptr)

這裡再次總結一下兩者的一些使用場合和功能上的差別。

1）ngx_memalign記憶體對齊主要是針對開辟記憶體後傳回的記憶體首位址，若想實作記憶體對齊，下一次開辟記憶體必須傳相應的倍數(ngx_memalign的參1)，該函數的作用直覺的可以看出，一般是為了開辟大記憶體時進行大記憶體的記憶體對齊，因為參1可以傳256,512這些大倍數。
2）而對齊宏ngx_align，是直接将已經開辟好的記憶體首位址傳進(參數d)，按照一定倍數直接對齊(即參數a)，對齊後占用的記憶體大小大于實際開辟的大小，例如上面的例子。一般該對齊倍數(參數a)一般是32位，64位，128位這些正常的對齊倍數。
3）再次說明記憶體對齊宏的參數。

/*
* d為指針的首位址，a為想要對齊的位元組數。
* 其中：一般想要對齊的位元組數會通過sizeof(void*)去自動比對電腦
* 的32位或者64位，例如參考nginx的哈希表的NGX_HASH_ELT_SIZE宏定義。
* 
* 記憶體對齊後，CPU就能一大塊一大塊的讀取記憶體。
*/
#define ngx_align(d, a)     (((d) + (a - 1)) & ~(a - 1))

至此，對于記憶體對齊宏的介紹到此完畢。

03Nginx源碼分析之分析記憶體對齊宏(ngx_align，ngx_align_ptr)