Nginx 内存池与共享内存优化

Nginx 通过内存池管理单请求内存分配，通过共享内存实现多 worker 进程间数据共享。

内存池优化

内存池复用

// 创建请求级内存池
ngx_pool_t *pool = ngx_create_pool(1024, r->connection->log);

// 使用内存池分配
void *p = ngx_palloc(pool, size);

// 请求结束销毁
ngx_destroy_pool(pool);

内存池参数

优化配置

events {
    connection_pool_size 1024;  # 增大连接池
}

http {
    request_pool_size 8k;       # 增大请求池
    large_client_header_buffers 8 16k;  # 大请求头
}

内存池过大会浪费内存，过小会导致频繁分配。应根据平均请求大小调整。

共享内存机制

共享内存 Zone

http {
    # 限流共享内存
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=api:10m rate=10r/s;

    # 限连接共享内存
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=perip:10m;

    # upstream 共享内存（Nginx Plus）
    upstream backend {
        zone backend 64k;
        server 10.0.0.1:8080;
    }

    # 缓存共享内存
    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=1g;
}

共享内存计算

共享内存创建

// 创建共享内存
ngx_shm_zone_t *zone;
zone = ngx_shared_memory_add(cf, &name, 0, &ngx_http_limit_req_module);
if (zone == NULL) {
    return NGX_CONF_ERROR;
}

zone->data = ctx;
zone->init = ngx_http_limit_req_init_zone;
zone->shm.size = size;

共享内存数据结构

红黑树存储

共享内存布局:
[ngx_slab_pool_t]  //  slab 分配器头部
[ngx_rbtree_t]     //  红黑树根节点
[sentinel]         //  哨兵节点
[data nodes...]    //  数据节点

原子操作

// 原子递增
ngx_atomic_fetch_add(lock, 1);

// 互斥锁
ngx_shmtx_lock(&shpool->mutex);
// 临界区操作
ngx_shmtx_unlock(&shpool->mutex);

共享内存通过 slab 分配器管理，红黑树实现高效查找，互斥锁保证并发安全。

跨进程同步

无锁设计

// 读操作无锁
ngx_atomic_int_t count = *counter;

// 写操作加锁
ngx_shmtx_lock(&shpool->mutex);
*counter += 1;
ngx_shmtx_unlock(&shpool->mutex);

状态同步

worker 1: 读取共享内存 → 获取最新状态
worker 2: 更新共享内存 → 广播变更
worker 3: 读取共享内存 → 感知变更

无需 IPC，所有 worker 直接读写共享内存

调优策略

内存池调优

# 高并发场景
events {
    connection_pool_size 2048;
}

http {
    request_pool_size 16k;
    reset_timedout_connection on;  # 快速回收超时连接
}

共享内存调优

# 限流 zone 大小
limit_req_zone $binary_remote_addr zone=api:100m rate=100r/s;

# 缓存 zone
proxy_cache_path /data/cache levels=1:2 keys_zone=cache:50m max_size=10g;

内存监控

# 查看共享内存使用
ipcs -m

# 查看进程内存
pmap $(cat /run/nginx.pid) | grep total

要点总结

• 内存池通过 ngx_create_pool/ngx_palloc/ngx_destroy_pool 管理，按请求/连接生命周期复用
• 共享内存通过 slab 分配器 + 红黑树实现高效存储，支持多 worker 进程并发访问
• Zone 大小应根据预期状态数计算（IP 数 × 128 字节）
• 共享内存读写通过互斥锁保护，读操作可无锁进行
• 高并发场景应增大 connection_pool_size 和 request_pool_size，减少内存碎片