PolarDB PostgreSQL版图解MemoryContext
PostgreSQL（以下简称PG）遇到OOM，相信是大家非常头疼的问题。当PG发生OOM时，会造成：
所有session processes被系统kill，引起应用连接不可用；
postmaster被被系统kill，数据库需要重启，引起数据库系统不可用。
这都涉及到了PG的内存管理系统。PG的内存管理分为共享内存管理以及本地内存管理，本文主要对本地内存管理进行介绍。
PostgreSQL的MemoryContext机制实现，本质上是对malloc，free，realloc的封装。但是glibc的malloc为了多线程架构的实现，加入了一些锁来保证并发的一致性，而PostgreSQL本身是多进程单线程的架构，所以完全使用glibc的内存接口，性能是有损耗的。
其次在PostgreSQL这样工程较为庞大，函数调用较为复杂的数据库管理系统内，对于内存的管理，如果使用malloc和free进行内存的申请和释放，是很难做到尽善尽美。在7.0之前的版本中，PG以指针传递来处理大量查询，并且在查询结束后回收内存，因此存在着内存泄漏的风险。尤其是处理TOAST数据时，需要使用大量的内存，使得这个问题尤其明显。
因此，在7.1版本之后，PG实现了新的内存管理机制--MemoryContext。整个MemoryContext是以树形结构来组织管理的，这能够很容易的对MemoryContext进行管理。
本文将会以下面几个部分进行阐述：
MemoryContext的基础结构
MemoryContext的操作函数
术语解释：
MemoryContext，PostgreSQL实现的内存上下文管理机制；
block，内存块
chunk，内存片
MemoryContext基础结构：MemoryContextData，AllocSetContextData，AllocBlockData，AllocChunkData，AllocSetFreeList
在搞清楚MemoryContext之前，我们首先要清晰地认识MemoryContextData，AllocSetContextData，AllocBlockData，AllocChunkData。
MemoryContext（这里指的是指针名称），AllocSetContext，AllocBlock，AllocChunk是上面四者的指针类型，下文阐述时会以带有Data的名称表示这四种结构。
首先看下这四者的整体关系结构图：
AllocSetContext is our standard implementation of MemoryContext.^[1]^
AllocSetContextData是MemoryContext的标准实现。类似于简单的操作系统内存管理，要组织已使用内存和已空闲内存的管理。在进程中对MemoryContext的操作实际是对AllocSetContextData的操作。
MemoryContextData只是用来表示进程操作期间的不同MemoryContext之间的关系（父子，前后），不关心内存本身的分配和释放，是一个抽象类型，可以有多种实现。同时MemoryContextData的methods定义了一种特定实现方式。而作为MemoryContext的实际实现，每个AllocSetContextData的起始位置必须是MemoryContextData，这类似于面向对象中的继承概念。MemoryContextData是父类，AllocSetContextData是子类，继承了父类的变量，并增加了一些成员变量以及操作接口。
我们可以使用MemoryContextData将整个MemoryContext抽象表示一个树形结构：
AllocBlockData是进程用来分配、释放的内存单元，通过malloc申请。AllocChunkData是用户存放数据的内存单元，通过palloc申请，其中已经使用的AllocChunkData的aset将会指向所属的AllocSetContextData；如果是空闲未使用的将会指向freelist中的下一个成员变量（没有则为空）。一个AllocBlockData具有一个或多个AllocChunkData。^[2]^
四者的数据结构
MemoryContext的数据结构为：
typedef struct MemoryContextData
{
NodeTag type; /* identifies exact kind of context */
/* these two fields are placed here to minimize alignment wastage: */
bool isReset; /* T = no space alloced since last reset */
bool allowInCritSection; /* allow palloc in critical section */
const MemoryContextMethods *methods; /* virtual function table */
MemoryContext parent; /* NULL if no parent (toplevel context) */
MemoryContext firstchild; /* head of linked list of children */
MemoryContext prevchild; /* previous child of same parent */
MemoryContext nextchild; /* next child of same parent */
constchar *name; /* context name (just for debugging) */
constchar *ident; /* context ID if any (just for debugging) */
MemoryContextCallback *reset_cbs; /* list of reset/delete callbacks */
} MemoryContextData;
type 标示内存上下文类型，默认只有一种类型，T_AllocSetContext
isReset：True表示上次重置后没有内存申请动作发生，False表示已经发生内存申请
allowInCritSection: 是否允许在临界区中分配内存。通常来说是不允许进行这样分配的，分配失败会导致PANIC，但这可以用于调试代码，方便开发调试，这些代码不建议进入实际生成环境中
parent，prevchild，nextchild组成内存上下文的树形结构，方便在重置或删除内存上下文时查找子节点，分别表示父节点，同一个父节点下的prev节点，同一个父节点下的next节点
name: MemoryContext的名称，不同的MemoryContext具有不同的MemoryContext。方便调试
ident: MemoryContext的ID，方便调试
reset_cbs: Postgres 9.5中引入的一项功能允许将内存上下文用于管理更多资源，而不仅仅是普通的palloc分配的内存。 这是通过为内存上下文注册“重置回调函数”来完成的。 在下一次重置或删除上下文之前，将调用一次此类函数。 它可以用来放弃在某种意义上与上下文中分配的对象相关联的资源。
methods: 记录了内存上下文使用的函数指针，MemoryContextMethods的数据结构：
typedef struct MemoryContextMethods
{
void *(*alloc) (MemoryContext context, Size size);
/* call this free_p in case someone #define's free() */
void (*free_p) (MemoryContext context, void *pointer);
void *(*realloc) (MemoryContext context, void *pointer, Size size);
void (*reset) (MemoryContext context);
void (*delete_context) (MemoryContext context);
Size (*get_chunk_space) (MemoryContext context, void *pointer);
bool (*is_empty) (MemoryContext context);
void (*stats) (MemoryContext context,
MemoryStatsPrintFunc printfunc, void *passthru,
MemoryContextCounters *totals);
#ifdef MEMORY_CONTEXT_CHECKING
void (*check) (MemoryContext context);
#endif
} MemoryContextMethods;
在本文第二章基本操作会详细介绍各个函数操作。
AllocSetContextData的数据结构：
typedef struct AllocSetContext
{
MemoryContextData header; /* Standard memory-context fields */
/* Info about storage allocated in this context: */
AllocBlock blocks; /* head of list of blocks in this set */
AllocChunk freelist[ALLOCSET_NUM_FREELISTS]; /* free chunk lists */
/* Allocation parameters for this context: */
Size initBlockSize; /* initial block size */
Size maxBlockSize; /* maximum block size */
Size nextBlockSize; /* next block size to allocate */
Size allocChunkLimit; /* effective chunk size limit */
AllocBlock keeper; /* keep this block over resets */
/* freelist this context could be put in, or -1 if not a candidate: */
int freeListIndex; /* index in context_freelists[], or -1 */
} AllocSetContext;
header: 标准的内存上下文区域，类型为MemoryContextData
blocks: 内存块链表，记录内存上下文向操作系统申请的连续大块内存
initBlockSize,maxBlockSize,nextBlockSize: 内存上下文创建时指定的初始block大小，最大block大小和下一次分配的block大小。一般来说，下一次申请的block会是上一次的2被，但不会超过maxBlockSize
allocChunkLimit: 内存片的阈值，申请的内存超过此阀值直接分配新的block
keeper: 为防止一些需要频繁重置的小的内存上下文重复的进行malloc，重置时保留第一次申请的内存块
freeListIndex，在context_freelists^[3]^顺序，0表示默认freeList，1表示小内存freeList，-1表示不需要进入freeList（例如超过allocChunkLimit的block）
freelist: 组织该内存上下文里所有内存块中已释放的内存片的链表结构，这是一个具有ALLOCSET_NUM_FREELISTS成员的AllocChunkData数组，成员分别表示不同大小的AllocChunkData，每个相同大小的AllocChunkData由aset指针进行链接。每个一个成员是上一个的2倍，因此当前freelist可以存储的AllocChunkData大小有8bytes，16bytes，32bytes，64bytes，128bytes，256bytes，512bytes，1024bytes，2048bytes，4096bytes，8192bytes，freelist可以表示为：
AllocBlockData的数据结构：
typedef struct AllocBlockData
{
AllocSet aset; * aset that owns this block */
AllocBlock prev; * prev block in aset's blocks list, if any */
AllocBlock next; * next block in aset's blocks list, if any */
char *freeptr; * start of free space in this block */
char *endptr; * end of space in this block */
} AllocBlockData;
aset: 指向AllocBlockData所属的AllocSetContext
prev: 在AllocSetContext中的blocks prev block
next: 在AllocSetContext中的blocks next block
freeptr: 可用空闲区域的起始地址
endptr: 可用空闲区域的结束地址
AllocChunkData的数据结构：
typedef struct AllocChunkData
{
/* size is always the size of the usable space in the chunk */
Size size;
#ifdef MEMORY_CONTEXT_CHECKING
/* when debugging memory usage, also store actual requested size */
/* this is zero in a free chunk */
Size requested_size;
#define ALLOCCHUNK_RAWSIZE (SIZEOF_SIZE_T * 2 + SIZEOF_VOID_P)
#else
#define ALLOCCHUNK_RAWSIZE (SIZEOF_SIZE_T + SIZEOF_VOID_P)
#endif * MEMORY_CONTEXT_CHECKING */
/* ensure proper alignment by adding padding if needed */
#if (ALLOCCHUNK_RAWSIZE % MAXIMUM_ALIGNOF) != 0
char padding[MAXIMUM_ALIGNOF - ALLOCCHUNK_RAWSIZE % MAXIMUM_ALIGNOF];
#endif
/* aset is the owning aset if allocated, or the freelist link if free */
void *aset;
/* there must not be any padding to reach a MAXALIGN boundary here! */
} AllocChunkData;
size: 当前AllocChunkData的长度
requested_size: 在debugging模式下会记录实际请求的长度
padding：对齐时使用
aset：当此AllocChunkData正在使用时，指向所属的AllocSetContext；未使用则指向下一个相同大小的空闲AllocChunkData（没有则为空）
还有一个比较重要的数据结构是AllocSetFreeList，和上面AllocSetContextData的freelist不同，这里指的是空闲的AllocSetContextData，而非AllocChunkData。当发生Delete操作时，会将删除后的AllocSetContextData放入AllocSetFreeList。
AllocSetFreeList在每个进程使用了数组进行存储：
static AllocSetFreeList context_freelists[2] =
{
{
0, NULL
},
{
0, NULL
}
};
第一个成员用来存放普通大小的AllocSetContextData
第二个成员用来存放较小尺寸的AllocSetContextData
AllocSetFreeList的数据结构：
#define MAX_FREE_CONTEXTS 100 * arbitrary limit on freelist length */
typedef struct AllocSetFreeList
{
int num_free; * current list length */
AllocSetContext *first_free; * list header */
} AllocSetFreeList;
num_free，空闲AllocSetContextData的数量，超过MAX_FREE_CONTEXTS，即100后将会对此freelist进行清理，避免内存过于松散
first_free指向第一个AllocSetContextData，相同类别的AllocSetContextData使用nextchild进行指向
AllocSetContextData的函数接口
PostgreSQL的MemoryContext应该是借鉴了很多Linux对于内存的管理。同时提供了palloc，repalloc，pfree等函数调用接口。由于对PG对内存的管理其实是对AllocSetContextData的管理，并且由MemoryContextData的methods定义了一种特定实现方式。那么首先看下这些函数实现：
static const MemoryContextMethods AllocSetMethods = {
AllocSetAlloc,
AllocSetFree,
AllocSetRealloc,
AllocSetReset,
AllocSetDelete,
AllocSetGetChunkSpace,
AllocSetIsEmpty,
AllocSetStats
#ifdef MEMORY_CONTEXT_CHECKING
,AllocSetCheck
#endif
};
在阐述以上函数时我们首先单独介绍一个函数AllocSetContextCreateExtended
Create a new AllocSet context.
先看下一个AllocSetContextData的初始状态：
AllocSetContextCreateExtended：
/* 查看是否有空闲的freelist */
if (freelist->first_free != NULL)
{
/* 有空闲的AllocSetContextData，则从freelist移除 */
set = freelist->first_free;
/* 将first_free指向原有的AllocSetContextData下一个节点 */
freelist->first_free = (AllocSet) set->header.nextchild;
freelist->num_free--; /* 空闲AllocSetContextData数量减一 */
/* 设置maxBlockSize，同一个freelist具有相同的initBlockSize */
set->maxBlockSize = maxBlockSize;
/* 使用MemoryContextCreate将此AllocSetContextData加入到MemoryContext中 */
MemoryContextCreate((MemoryContext) set,
T_AllocSetContext,
&AllocSetMethods,
parent,
name);
return (MemoryContext) set;
}
/* 没有freelist，则新建AllocSetContextData */
/* 这里使用malloc来申请、分配内存 */
set = (AllocSet) malloc(firstBlockSize);
/* 找到block的位置 */
block = (AllocBlock) (((char *) set) + MAXALIGN(sizeof(AllocSetContext)));
/* 当前block指向所属的AllocSetContextData */
block->aset = set;
/* 初始化的AllocBlockData，不设置AllocChunkData，因此freeptr指向AllocBlockData之后的内存地址 */
block->freeptr = ((char *) block) + ALLOC_BLOCKHDRSZ;
/* endptr指向block最后地址 */
block->endptr = ((char *) set) + firstBlockSize;
block->prev = NULL;
block->next = NULL;
set->blocks = block;
set->keeper = block;
set->initBlockSize = initBlockSize;
set->maxBlockSize = maxBlockSize;
set->nextBlockSize = initBlockSize;
set->freeListIndex = freeListIndex;
/* 使用MemoryContextCreate将此AllocSetContextData加入到MemoryContext中 */
MemoryContextCreate((MemoryContext) set,
T_AllocSetContext,
&AllocSetMethods,
parent,
name);
return (MemoryContext) set;
AllocSetAlloc
Returns pointer to allocated memory of given size or NULL if request could not be completed; memory is added to the set.
实施内存分配的函数，内部调用了malloc函数。具体分配方式可以分为两种：
申请的内存size大于allocChunkLimit
申请的内存size小于等于allocChunkLimit
size > allocChunkLimit
/* 当申请的内存空间size大于内存片阀值，则直接申请新的AllocBlockData */
if (size > set->allocChunkLimit)
{
/* 对齐字节 */
chunk_size = MAXALIGN(size);
/* 预留AllocBlockData，AllocChunkData空间 */
blksize = chunk_size + ALLOC_BLOCKHDRSZ + ALLOC_CHUNKHDRSZ;
block = (AllocBlock) malloc(blksize);
/* malloc申请失败直接返回null */
if (block == NULL)
returnNULL;
/* 当前block指向所属的AllocSetContextData */
block->aset = set;
/* 由于是为内存申请单独申请的block，所以不需要有多个chunk，所以freeptr和endptr都指向最后的地址，表示没有空闲空间 */
block->freeptr = block->endptr = ((char *) block) + blksize;
/* 建立内存片chunk */
chunk = (AllocChunk) (((char *) block) + ALLOC_BLOCKHDRSZ);
/* 当前chunk指向所属的AllocSetContextData */
chunk->aset = set;
chunk->size = chunk_size;
/* 将当前block加入到blocks中 */
if (set->blocks != NULL)
{
/* 如果存在blocks，则将此block加入到blocks的第二个位置 */
block->prev = set->blocks;
block->next = set->blocks->next;
if (block->next)
block->next->prev = block;
set->blocks->next = block;
}
else
{
/* 如果不存在blocks，则将blocks直接指向此block */
block->prev = NULL;
block->next = NULL;
set->blocks = block;
}
return AllocChunkGetPointer(chunk);
}
size <= allocChunkLimit
/* 根据size计算log2(size)+1 */
fidx = AllocSetFreeIndex(size);
/* 选取空闲的chunk */
chunk = set->freelist[fidx];
if (chunk != NULL)
{
* 如果不为null，将此chunk从freelist中移除，并返回 */
set->freelist[fidx] = (AllocChunk) chunk->aset;
chunk->aset = (void *) set;
return AllocChunkGetPointer(chunk);
}
/* 如果不存在空闲的chunk，就需要申请新的chunk，需要计算其size */
chunk_size = (1 << ALLOC_MINBITS) << fidx;
/* 查看是否有合适的block可以申请chunk */
if ((block = set->blocks) != NULL)
{
* 计算是否有足够的空闲空间 */
Size availspace = block->endptr - block->freeptr;
*
* 如果空闲空间不足，则将已有的空闲空间划分为chunk。
* 这么做的原因是blocks的第一个block作为活跃内存块，
* 并且当前设计只对block做一次检查，避免不必要的消耗。
*/
if (availspace < (chunk_size + ALLOC_CHUNKHDRSZ))
{
* 对空闲空间进行申请chunk，空闲chuck最小为(1 << ALLOC_MINBITS) + ALLOC_CHUNKHDRSZ */
while (availspace >= ((1 << ALLOC_MINBITS) + ALLOC_CHUNKHDRSZ))
{
Size availchunk = availspace - ALLOC_CHUNKHDRSZ;
int a_fidx = AllocSetFreeIndex(availchunk);
* 确定合适的chunk size，因为block所有的内容都是经过对齐的，因此能够找到合适的大小 */
if (availchunk != ((Size) 1 << (a_fidx + ALLOC_MINBITS)))
{
a_fidx--;
Assert(a_fidx >= 0);
availchunk = ((Size) 1 << (a_fidx + ALLOC_MINBITS));
}
* 找到后直接使用此chunk */
chunk = (AllocChunk) (block->freeptr);
block->freeptr += (availchunk + ALLOC_CHUNKHDRSZ);
availspace -= (availchunk + ALLOC_CHUNKHDRSZ);
chunk->size = availchunk;
* 将chunk加入到freelist内 */
chunk->aset = (void *) set->freelist[a_fidx];
set->freelist[a_fidx] = chunk;
}
* 设置block为null，设置创建新block的标记 */
block = NULL;
}
}
/* 如果block是null，创建新的block */
if (block == NULL)
{
Size required_size;
blksize = set->nextBlockSize;
required_size = chunk_size + ALLOC_BLOCKHDRSZ + ALLOC_CHUNKHDRSZ;
* 如果下一次应申请的block的大小小于当前申请的内存大小，则左移一位，知道大于等于申请的大小 */
while (blksize < required_size)
blksize <<= 1;
block = (AllocBlock) malloc(blksize);
*
* 如果malloc失败，则继续申请，失败是因为可能blksize远远大于required_size，
* 也超出当前剩余内存。当申请的内存小于1MB或blksize < required_size则放弃申请。
*/
while (block == NULL && blksize > 1024 * 1024)
{
blksize >>= 1;
if (blksize < required_size)
break;
block = (AllocBlock) malloc(blksize);
}
if (block == NULL)
return NULL;
block->aset = set;
block->freeptr = ((char *) block) + ALLOC_BLOCKHDRSZ;
block->endptr = ((char *) block) + blksize;
block->prev = NULL;
block->next = set->blocks;
if (block->next)
block->next->prev = block;
set->blocks = block;
}
chunk = (AllocChunk) (block->freeptr);
block->freeptr += (chunk_size + ALLOC_CHUNKHDRSZ);
chunk->aset = (void *) set;
chunk->size = chunk_size;
return AllocChunkGetPointer(chunk);
AllocSetFree
static void
AllocSetFree(MemoryContext context, void *pointer)
{
AllocSet set = (AllocSet) context;
AllocChunk chunk = AllocPointerGetChunk(pointer);
if (chunk->size > set->allocChunkLimit)
{
/* chunk大小超过chunk阀值，则直接释放此chunk所属的block */
AllocBlock block = (AllocBlock) (((char *) chunk) - ALLOC_BLOCKHDRSZ);
/* 从所属的blocks中移除 */
if (block->prev)
block->prev->next = block->next;
else
set->blocks = block->next;
if (block->next)
block->next->prev = block->prev;
free(block);
}
else
{
/* 一般大小，则加入到freelist中，并 */
int fidx = AllocSetFreeIndex(chunk->size);
/* chunk的aset指向freelist */
chunk->aset = (void *) set->freelist[fidx];
set->freelist[fidx] = chunk;
}
}
AllocSetRealloc
static void *
AllocSetRealloc(MemoryContext context, void *pointer, Size size)
{
AllocSet set = (AllocSet) context;
AllocChunk chunk = AllocPointerGetChunk(pointer);
Size oldsize;
oldsize = chunk->size;
/* 如果此chunk的size大于内存片的阀值，则表示这是单独的block，直接对block进行处理 */
if (oldsize > set->allocChunkLimit)
{
AllocBlock block = (AllocBlock) (((char *) chunk) - ALLOC_BLOCKHDRSZ);
Size chksize;
Size blksize;
chksize = Max(size, set->allocChunkLimit + 1);
chksize = MAXALIGN(chksize);
/* 使用realloc对此block进行处理 */
blksize = chksize + ALLOC_BLOCKHDRSZ + ALLOC_CHUNKHDRSZ;
block = (AllocBlock) realloc(block, blksize);
if (block == NULL)
{
returnNULL;
}
block->freeptr = block->endptr = ((char *) block) + blksize;
/* 在realloc后的block申请chunk */
chunk = (AllocChunk) (((char *) block) + ALLOC_BLOCKHDRSZ);
pointer = AllocChunkGetPointer(chunk);
if (block->prev)
block->prev->next = block;
else
set->blocks = block;
if (block->next)
block->next->prev = block;
chunk->size = chksize;
return pointer;
}
elseif (oldsize >= size)
{
/* 如果realloc的大小，小于chunk大小，直接返回 */
return pointer;
}
else
{
/* 如果realloc的大小，大于chunk大小 */
AllocPointer newPointer;
/* 申请新的chunk */
newPointer = AllocSetAlloc((MemoryContext) set, size);
/* 将原有内容复制到新的chunk内 */
memcpy(newPointer, pointer, oldsize);
/* 释放原来的chunk */
AllocSetFree((MemoryContext) set, pointer);
return newPointer;
}
}
AllocSetReset
/* 设置blocks指向keeper，reset不对keeper进行释放，只进行重置 */
set->blocks = set->keeper;
while (block != NULL)
{
AllocBlock next = block->next;
if (block == set->keeper)
{
char *datastart = ((char *) block) + ALLOC_BLOCKHDRSZ;
block->freeptr = datastart;
block->prev = NULL;
block->next = NULL;
}
else
{
/* 非keeper，直接释放 */
free(block);
}
block = next;
}
AllocSetDelete
static void
AllocSetDelete(MemoryContext context)
{
AllocSet set = (AllocSet) context;
AllocBlock block = set->blocks;
/* 查看此AllocSetContextData是否是freelist的候选者 */
if (set->freeListIndex >= 0)
{
AllocSetFreeList *freelist = &context_freelists[set->freeListIndex];
/* 当前MemoryContext没有被重置，则重置 */
if (!context->isReset)
MemoryContextResetOnly(context);
/* 如果freelist的空闲AllocSetContextData数量超过MAX_FREE_CONTEXTS后，删除所有的空闲AllocSetContextData */
if (freelist->num_free >= MAX_FREE_CONTEXTS)
{
while (freelist->first_free != NULL)
{
AllocSetContext *oldset = freelist->first_free;
freelist->first_free = (AllocSetContext *) oldset->header.nextchild;
freelist->num_free--;
free(oldset);
}
}
/* 将此AllocSetContextData加入到freelist中 */
set->header.nextchild = (MemoryContext) freelist->first_free;
freelist->first_free = set;
freelist->num_free++;
return;
}
/* 如果不是freelist的候选MemoryContext，则直接释放 */
while (block != NULL)
{
AllocBlock next = block->next;
if (block != set->keeper)
free(block);
block = next;
}
free(set);
}
AllocSetGetChunkSpace
result = chunk->size + ALLOC_CHUNKHDRSZ;
return result;
AllocSetIsEmpty
返回此AllocSetContextData是否为空，这里的空指的是新的或者reset，delete（delete）^[4]^后的AllocSetContextData。
if (context->isReset)
return true;
return false;
AllocSetStats
遍历当前AllocSetContextData的blocks，统计内存申请总量，block数，未使用的chunk数，以及使用的内存大小。
/* 遍历blocks，确定使用了多少block */
for (block = set->blocks; block != NULL; block = block->next)
{
nblocks++;
totalspace += block->endptr - ((char *) block);
freespace += block->endptr - block->freeptr;
}
/* 查找空闲chunk链表，计算空闲chunk数量，以及空闲空间大小 */
for (fidx = 0; fidx < ALLOCSET_NUM_FREELISTS; fidx++)
{
AllocChunk chunk;
for (chunk = set->freelist[fidx]; chunk != NULL;
chunk = (AllocChunk) chunk->aset)
{
freechunks++;
freespace += chunk->size + ALLOC_CHUNKHDRSZ;
}
}
MemoryContext的操作函数
对于MemoryContextData的操作本质上就是在调用AllocSetMethods，但是比之要多了一些更高层次的修改。PostgreSQL进程实际调用的内存管理函数就是这里的函数操作接口。
MemoryContextCreate
if (parent)
{
/*
* 如果父节点不为空，将当前MemoryContext的nextchild指向父节点的第一个子节点
* 则将新的MemoryContext作为父节点的第一个子节点
*/
node->nextchild = parent->firstchild;
if (parent->firstchild != NULL)
parent->firstchild->prevchild = node;
parent->firstchild = node;
/* inherit allowInCritSection flag from parent */
node->allowInCritSection = parent->allowInCritSection;
}
else
{
/* 没有父节点，则作为初始节点 */
node->nextchild = NULL;
node->allowInCritSection = false;
}
MemoryContextDelete
/* 如果存在子节点，则删除所有子节点 */
if (context->firstchild != NULL)
MemoryContextDeleteChildren(context);
/* 回调函数 */
MemoryContextCallResetCallbacks(context);
/* 设置父节点为空 */
MemoryContextSetParent(context, NULL);
context->ident = NULL;
/* 删除此MemoryContext */
context->methods->delete_context(context);
MemoryContextDeleteChildren
/* 如果存在子节点，则删除所有子节点 */
while (context->firstchild != NULL)
MemoryContextDelete(context->firstchild);
MemoryContextReset
/* 如果存在子节点，则直接删除所有子节点 */
if (context->firstchild != NULL)
MemoryContextDeleteChildren(context);
/* 如果没有reset过，或者reset后未再申请内存，则对当前MemoryContext进行reset */
if (!context->isReset)
MemoryContextResetOnly(context);
MemoryContextResetOnly
if (!context->isReset)
{
/* 回掉函数 */
MemoryContextCallResetCallbacks(context);
/* 利用methods的reset函数处理MemoryContext */
context->methods->reset(context);
context->isReset = true;
}
MemoryContextResetChildren
/* 递归遍历所有的子节点，进行reset */
for (child = context->firstchild; child != NULL; child = child->nextchild)
{
MemoryContextResetChildren(child);
MemoryContextResetOnly(child);
}
MemoryContextAlloc，MemoryContextAllocZero，MemoryContextAllocZeroAligned，MemoryContextAllocExtended，palloc，palloc0，palloc_extended^[5]^
/* 申请内存，设置isReset为false */
context->isReset = false;
/* 使用methods的alloc函数申请、分配内存，失败则报错 */
ret = context->methods->alloc(context, size);
if (unlikely(ret == NULL))
{
MemoryContextStats(TopMemoryContext);
ereport(ERROR,
(errcode(ERRCODE_OUT_OF_MEMORY),
errmsg("out of memory"),
errdetail("Failed on request of size %zu in memory context \"%s\".",
size, context->name)));
}
return ret;
MemoryContextInit
/* 申请TopMemoryContext和ErrorContext */
TopMemoryContext = AllocSetContextCreate((MemoryContext) NULL,
"TopMemoryContext",
ALLOCSET_DEFAULT_SIZES);
ErrorContext = AllocSetContextCreate(TopMemoryContext,
"ErrorContext",
8 * 1024,
8 * 1024,
8 * 1024);
/* 保证ErrorContext能够一直返回信息 */
MemoryContextAllowInCriticalSection(ErrorContext, true);
pfree
/* 使用methods的free函数释放内存 */
context->methods->free_p(context, pointer);
repalloc
/* 使用methods的realloc函数realloc内存，失败则报错 */
ret = context->methods->realloc(context, pointer, size);
if (unlikely(ret == NULL))
{
MemoryContextStats(TopMemoryContext);
ereport(ERROR,
(errcode(ERRCODE_OUT_OF_MEMORY),
errmsg("out of memory"),
errdetail("Failed on request of size %zu in memory context \"%s\".",
size, context->name)));
}
return ret;
总结
相比较使用glibc的malloc等接口，PostgreSQL实现的MemoryContext：
使用特定的内存管理方式，以及特定的内存管理函数，减少了malloc和free的使用，降低了开发复杂度，并减少了内存泄漏的风险；
由于malloc是会针对多线程进行一定设计，所以加了一定的锁，当内存进行频繁申请和释放时，会有一定的性能损耗，PG释放MemoryContext首先会将其加入到freelist中，减少malloc的频率，提高内存申请的效率。
