PHP内存的一些简单理解

今天在群里看到一个问题 “PHP执行中内存是什么样子的?”，我还真不知道…找了点资料

内存，是什么

1.来自硬件的内存
2.来自软件的内存

内存映像是按段来分配的

1.文本（Text）这个一般就是代码段了通常用来存储程序执行的代码比如函数和方法。代码段需要防止在运行时被非法修改，所以只准读取操作，而不允许写入（修改）操作。
2.数据（Data）通常是指用来存放程序中已初始化且不为0的全局变量，如：静态变量和常量。
3.堆（Heap）用来存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。用于存储数据长度可变或占用内存比较大的数据。例如，字符串、数组和对象就存储在这段内存中。
4.栈（Stack）他的特点是空间小但被CPU访问的速度快，是用户存放程序中临时创建的变量。由于栈的后进先出特点，所以栈特别方便用来保存和恢复调用现场。从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个临时数据寄存、交换的内存区。用于存储占用空间长度不变且占用空间小的数据类型的内存段，例如整型1、100、100000等在内存中占用空间是等长的，占用的空间都是32位4个字节。还有double、boolean等都可以存储在栈空间段中。

Zend内存管理

Zend Memory Manager(Zend内存管理) 就是php内部请求绑定堆分配器。

它会一次申请很多的内存放在内存池中，当我们需要内存的时候就会从内存池当取出一块，然后判断有没有时候的内存给调用，如果够的话直接给一块内存如果不够的话ZendMM就会再次向系统申请内存，另外他里面还有个CopyOnWrite（复制代替写入？）的机制也可以提高内存管理的效率，对了还有垃圾回收机制！

可以通过 phpinfo() 来查看如果发现有 Zend Memory Manager = enabled 就表示开启了Zend内存管理

允许通过基本计算 malloc() / free() 调用来监视请求限制的堆使用
允许PHP用户限制堆内存使用量
允许缓存已分配的块以防止内存碎片和系统调用
允许预先分配PHP内部结构的已知大小的块以对齐的方式适应
简化核心和扩展中的内存泄露调试

看一个Zend内存管理的例子

ini_set('memory_limit', -1); /*不设置Zend Memory Manager 的堆内存限制*/
    
function heap()
{
    return shell_exec(sprintf('grep "VmRSS:" /proc/%d/status', getmypid()));
}
echo heap();
$a = range(1, 1024 * 1024); // 分配内存
echo heap();
unset($a); // 或者 $a = null; 释放内存
echo heap();
// 结果分别是
// VmRSS:	87268 kB 
// VmRSS:	120036 kB 
// VmRSS:	87268 kB

PHP内存函数

在PHP中有些函数可以设置与获取内存

ini_set(‘memory_limit’, xxx); // 这个可以设置内存
memory_get_usage(); // 返回分配给PHP的内存量
memory_get_usage(true); // 返回所有已分配段的大小
memory_get_peak_usage(); // 返回已分配给PHP脚本的内存峰值（以字节为单位）

说下 memory_get_usage() 函数它只显示请求绑定的分配，而不是持久分配（通过请求驻留）。PHP扩展可以分配持久内存,如果你不会用到他们的话不要启用。被PHP用到的库也会分配持久内存，使用你的系统来准确的监控你的进程内存消耗

管理PHP内存

在PHP中所有的变量类型都会消耗内存，每个要被编译的脚本都会吃掉内存，这部分内存可以使用zned内存管理来分配。请求结束时释放已解析脚本的内存。

当用户变量不在使用的时候这部分用户变量将会被释放，虽然是这么讲这里会有个问题什么时候这些变量才是不被需要不会在使用的呢？（垃圾回收机制）

编译脚本的时候会占用请求限制的内存。如果你编译了一个类，那将会吃掉更多的内存，所以最好是在运行时使用它（那个类）并确保使用了 autoloader 自动加载

在PHP中所有的变量在底层都是一个 zval 结构

typedef struct _zval_struct {
    zvalue_value value;
    zend_uint refcount;
    zend_uchar type;
    zend_uchar is_ref;
} zval;
...
typedef union _zvalue_value {
    long lval;
    double dval;
    struct {
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;
    zend_object_value obj;
} zvalue_value;

吃掉内存的时候 zval 中的东西而不是 zval 结构本身，比如一个很长的字符串一个很复杂的数组或者对象，资源类型不会真正的消耗zval中的内存。
尽量避免让PHP复制zval，另外PHP只计算有多少符号指向zval 这是他的引用计数
PHP对zval操作是使用复制代替写入的系统，只有当发生改变的时候内存才会得到分配

如上图（注意引用计数的变化）假设我们执行了4行代码

当执行 $a = 'foo'; 的时候首先会在内存申请一块空间其中存有他的值和他的引用计数
当执行 $b = $a; 的时候 $a 和 $b 都是指向了同一块内存地址
当执行 $a = 17; 的时候，$a 发生了类型改变这个时候就会重新分配内存所以发生了上面的操作 $b 还是指向一开始申请的内存地址也就是字符串 foo 的内存，而$a 已经指向了新申请的内存地址 int 17上
当执行 $b = null; 的时候会回收内存 $b 就不存在了就只剩下 $a了

看下内存消耗情况代码太渣直接看结果吧因为在浏览器输出的加了 <br/> 为了明显看出内存的变化我把 $a = 17 换了重新赋值字符串这样内存变化比较明显

ini_set('memory_limit', -1); /*不设置Zend Memory Manager 的堆内存限制*/
    
    function get_mem_status()
    {
        printf("Memory usage: %.2f Kb <br/>", memory_get_usage() / 1024);
        if ($segmentSize = getenv('ZEND_MM_SEG_SIZE')) {
            printf("Heap segmentation : %d segments of %d bytes (%d kb used)\n\r", memory_get_usage(1) / $segmentSize, $segmentSize, memory_get_usage(1) / 1024);
        }
    }
    echo "初始化内存：";
    get_mem_status();
    $a = str_repeat('a', 1024 * 1024);
    echo "声明了变量a之后的内存：";
    get_mem_status();
    $b = $a;
    // $a = 17;
    $a = str_repeat('b', 1024);
    echo "变量b的类型是：".gettype($b)."<br/>";
    echo "变量a的类型是：".gettype($a)."<br/>";
    echo "此时的内存：";
    get_mem_status();
    $b = null;
    echo "手动释放变量b后的类型是：".gettype($b)."<br/>";
    echo "变量a的类型是：".gettype($a)."<br/>";
    
    echo "手动释放变量b最后的内存：";
    get_mem_status();
    $a = str_repeat('a', 1024 * 1024);
    $b = $a;
    $a = 17;
    $b = null; // or unset($b);

下面是结果结合上面的图就好理解一点了

初始化内存：Memory usage: 348.51 Kb 
声明了变量a之后的内存：Memory usage: 1376.51 Kb
变量b的类型是：string
变量a的类型是：string
此时的内存：Memory usage: 1377.76 Kb 
手动释放变量b后的类型是：NULL
变量a的类型是：string
手动释放变量b最后的内存：Memory usage: 349.76 Kb

可以看出声明了变量 $a 后内存变成了 1376.51 可以计算得出$a占用内存 1028 Kb
当执行$b = $a; 的时候只是把$b指向了同一块内存地址堆内存中并没有发生改变内存大小没变
当执行$a = str_repeat(‘b’, 1024); 的时候$a发生了改变需要重新分配内存所以$a重新开辟了内存出来, 而$b还是指向原来的内存地址（那个地址还是占用1028kb）这时候的内存因为$a新分配的内存而增加了变成 1377.76kb 可以计算出新的$a的内存是 1.25kb
当执行 $b = null; 的时候相当于释放了$b 也就是他指向的那块内存（大小1028kb）被释放，所以后面获取的内存是 1377.76-1028 = 349.76kb

PHP用户空间内存泄露

function get_mem_status()
{
    echo "<br/>";
    printf("Memory usage: %.2f Kb <br/>", memory_get_usage() / 1024);
    echo "<br/>";
}
class A
{
    public $b;
}
class B
{
    public $a;
}
get_mem_status();
$a = new A(); // 这时 $a 指向 ObjectA refcount = 1
get_mem_status();
$b = new B(); // 这时 $b 指向 ObjectB refcount = 1
get_mem_status();
$a->b = $b; // 这个时候 $a->b 指向了 ObjectB refcount = 2
$b->a = $a; // 这个时候 $b->a 指向 ObjectA refcount = 2
unset($a, $b); // 这个时候 $a->b 还是指向了 ObjectB 只是 refcount = 1   $b->a 还是指向了 ObjectA 只是 refcount = 1
get_mem_status();
// 结果
// Memory usage: 349.30 Kb 
// Memory usage: 349.36 Kb 
// Memory usage: 349.41 Kb 
// Memory usage: 349.41 Kb

如上代码最后你会发现即使释放了$a 和 $b 内存也没有减少，因为这种情况下，对象仍然存在内存当中即使没有别的东西引用他但他的引用计数是1 所以还会占用内存这种就是PHP的用户空间内存泄露

监控内存

Linux下可以使用 top 命令等查看

[test@web110 www]$ top
top - 17:38:17 up 41 days,  1:30, 13 users,  load average: 1.23, 1.30, 1.44
Tasks: 1579 total,   2 running, 1576 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
%Cpu(s): 33.1 us,  3.2 sy,  0.0 ni, 63.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.1 si,  0.0 st
KiB Mem :  8011568 total,   507840 free,  5467360 used,  2036368 buff/cache
KiB Swap:  4325372 total,  1001356 free,  3324016 used.  1433472 avail Mem 
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                                                                         
  910 root      20   0 4277076 563328  13820 S  52.6  7.0   3671:10 dockerd                                                                                                                                         
 1687 root      20   0 2595720  72488   3532 S  35.5  0.9   3328:52 java

找到上面的 pid 比如上面 910 的 docker 然后执行 cat /proc/910/status

[test@lcoalhost ~]$ cat /proc/910/status
Name:	dockerd
State:	S (sleeping)
Pid:	910
...
FDSize:	1024
Groups:	
VmPeak:	 4277588 kB
VmSize:	 4277076 kB
VmHWM:	  581216 kB
VmRSS:	  564340 kB  这个是常驻内存大小
VmData:	 4188136 kB  这个是 Data段的内存大小
VmStk:	     136 kB	 这个是 Stack段的内存大小
VmExe:	   37352 kB  这个是 Text段的内存大小
VmLib:	    5896 kB
VmPTE:	    2328 kB
VmSwap:	   51004 kB
...

还可以通过 cat /proc/910/smaps来查看更具体的内存

[test@localhost ~]# cat /proc/910/smaps
7f8dc9414000-7f8dc9454000 r--s 00000000 fd:00 25365236                   /var/lib/docker/containerd/daemon/io.containerd.metadata.v1.bolt/meta.db
Size:                256 kB
Shared_Clean:          0 kB  这个是已经分享的内存
Shared_Dirty:          0 kB  这个同上
Private_Clean:        80 kB  这个是私有内存
Private_Dirty:         0 kB  同上
Referenced:           80 kB
...

PHP他本身也只是像其他进程一样只是个进程而已，也可以使用上面的系统命令来监控他的内存

function heap()
{
    return shell_exec(sprintf('grep "VmRSS:" /proc/%d/status', getmypid()));
}
echo heap();

参考

http://www.laruence.com/2008/08/22/412.html;

http://mars.run/2016/01/Understanding-PHP-memory-management/

https://gywbd.github.io/posts/2015/4/php-variable-in-memory.html

https://www.slideshare.net/jpauli/understanding-php-memory