海山数据库(He3DB)源码详解：MemoryContextData及MemoryContextMethods结构体解析

MemoryContextData 结构体的作用

MemoryContextData 是 PostgreSQL 中用于实现内存上下文（Memory Context）的核心结构体。内存上下文是 PostgreSQL 的内存管理机制，用于高效地分配和释放内存，支持嵌套内存上下文，并允许在事务或函数结束时批量释放内存。
其中，main函数会调用MemoryContextInit函数初始化全局变量TopMemoryContext，之后的内存申请基本可以从这个全局变量中获得。

结构体定义：

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 */
	Size		mem_allocated;	/* track memory allocated for this context */
	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 */
	const char *name;			/* context name (just for debugging) */
	const char *ident;			/* context ID if any (just for debugging) */
	MemoryContextCallback *reset_cbs;	/* list of reset/delete callbacks */
} MemoryContextData;

以下是对 MemoryContextData 结构体及其成员的详细解读：

结构体成员：

1. type

NodeTag type; /* identifies exact kind of context */

• 类型：NodeTag
• 作用：标识内存上下文的具体类型。
• 说明：PostgreSQL 提供了多种类型的内存上下文实现（如 AllocSetContext、SlabContext 等）。type 字段用于区分当前上下文的具体实现类型。

2. isReset

bool isReset; /* T = no space alloced since last reset */

• 类型：bool
• 作用：标记自上次重置（reset）以来是否分配了内存。
• 说明
  • 如果自上次调用 MemoryContextReset 以来没有分配内存，则该值为 true。
  • 这个字段用于优化内存管理，避免不必要的重置操作。

3. allowInCritSection

bool allowInCritSection; /* allow palloc in critical section */

• 类型：bool
• 作用：标记是否允许在关键部分（critical section）中分配内存。
• 说明：
  • 关键部分是指不允许中断的代码区域，通常用于确保操作的原子性。
  • 如果设置为 true，则允许在关键部分中使用 palloc 等内存分配函数。

4. mem_allocated

Size mem_allocated; /* track memory allocated for this context */

• 类型：Size（通常为 size_t）
• 作用：跟踪当前上下文分配的内存量。
• 说明：用于统计和调试，帮助监控内存使用情况。

5. methods

const MemoryContextMethods *methods; /* virtual function table */

• 类型：const MemoryContextMethods*
• 作用：指向内存上下文方法表（virtual function table）。
• 说明：
  • 每种内存上下文实现都有自己的方法表，包含用于分配、释放和重置内存的函数指针。
  • 这种设计允许通过多态方式调用内存管理操作。

6. parent

MemoryContext parent; /* NULL if no parent (toplevel context) */

• 类型：MemoryContext（MemoryContextData*）
• 作用：指向当前内存上下文的父上下文。
• 说明：
  • 如果当前上下文是顶层上下文，则 parent 为 NULL。
  • 支持嵌套内存上下文的层次结构。

7. firstchild

MemoryContext firstchild; /* head of linked list of children */

• 类型：MemoryContext
• 作用：指向当前上下文的第一个子上下文。
• 说明：用于构建子上下文的链表。

8. prevchild

MemoryContext prevchild; /* previous child of same parent */

• 类型：MemoryContext
• 作用：指向当前上下文的前一个兄弟上下文。
• 说明：用于双向链表结构，支持快速遍历。

9. nextchild

MemoryContext nextchild; /* next child of same parent */

• 类型：MemoryContext
• 作用：指向当前上下文的下一个兄弟上下文。
• 说明：用于双向链表结构，支持快速遍历。

10. name

const char *name; /* context name (just for debugging) */

• 类型：const char*
• 作用：内存上下文的名称，仅用于调试。
• 说明：提供上下文的标识信息，便于调试和日志记录。

11. ident

const char *ident; /* context ID if any (just for debugging) */

• 类型：const char*
• 作用：内存上下文的标识符，仅用于调试。
• 说明：提供额外的上下文标识信息，便于调试和日志记录。

12. reset_cbs

MemoryContextCallback *reset_cbs; /* list of reset/delete callbacks */

• 类型：MemoryContextCallback*
• 作用：指向重置或删除回调函数的链表。
• 说明：
  • 当内存上下文被重置或删除时，会调用这些回调函数。
  • 回调函数可以用于清理资源或执行其他必要的操作。

总结

MemoryContextData 是 PostgreSQL 中用于实现内存上下文的核心结构体，支持以下功能：

1. 层次结构：通过 parent、firstchild、prevchild 和 nextchild 构建嵌套的内存上下文树。
2. 内存管理：通过 methods 提供多态的内存分配和释放操作。
3. 调试支持：通过 name 和 ident 提供调试信息。
4. 回调机制：通过 reset_cbs 支持重置和删除时的回调函数。

这种设计使得 PostgreSQL 的内存管理机制既灵活又高效，能够适应复杂的内存分配和释放需求。

MemoryContextMethods 结构体的作用

MemoryContextMethods 是 PostgreSQL 中定义的一组函数指针，用于实现内存上下文（MemoryContext）的具体操作。每个内存上下文类型（如 AllocSetContext、SlabContext 等）都有自己的实现方式，这些函数指针提供了一种统一的接口，允许通过多态的方式操作不同的内存上下文。

以下是对 MemoryContextMethods 结构体及其成员的详细解读：

1. alloc

void *(*alloc)(MemoryContext context, Size size);

• 类型：函数指针
• 作用：分配指定大小的内存。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
  • size：需要分配的内存大小。
• 返回值：分配的内存地址。
• 说明：这是内存分配的核心函数，类似于标准 C 中的 malloc。

2. free_p

void (*free_p)(MemoryContext context, void *pointer);

• 类型：函数指针
• 作用：释放指定的内存块。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
  • pointer：需要释放的内存地址。
• 说明：为了避免与标准 C 的 free 函数冲突，这里使用了 free_p 作为函数名。

3. realloc

void *(*realloc)(MemoryContext context, void *pointer, Size size);

• 类型：函数指针
• 作用：重新分配指定内存块的大小。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
  • pointer：需要重新分配的内存地址。
  • size：新的内存大小。
• 返回值：重新分配后的内存地址。
• 说明：类似于标准 C 中的 realloc，用于调整内存块的大小。

4. reset

void (*reset)(MemoryContext context);

• 类型：函数指针
• 作用：重置内存上下文，释放所有分配的内存。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
• 说明：重置操作会释放上下文中所有分配的内存，但不会销毁上下文本身。这在事务或函数结束时非常有用，可以批量释放内存。

5. delete_context

void (*delete_context)(MemoryContext context);

• 类型：函数指针
• 作用：销毁内存上下文及其所有子上下文。
• 参数：
  • context：需要销毁的内存上下文。
• 说明：销毁操作会释放上下文及其所有子上下文的内存，并清理相关资源。

6. get_chunk_space

Size (*get_chunk_space)(MemoryContext context, void *pointer);

• 类型：函数指针
• 作用：获取指定内存块的总大小。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
  • pointer：内存块的地址。
• 返回值：内存块的总大小。
• 说明：用于调试和统计，帮助了解内存块的实际占用情况。

7. is_empty

bool (*is_empty)(MemoryContext context);

• 类型：函数指针
• 作用：检查内存上下文是否为空。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
• 返回值：如果上下文为空（没有分配的内存），返回 true。
• 说明：用于检查上下文是否需要清理或是否可以安全地销毁。

8. stats

void (*stats)(MemoryContext context,
              MemoryStatsPrintFunc printfunc, void *passthru,
              MemoryContextCounters *totals,
              bool print_to_stderr);

• 类型：函数指针
• 作用：打印内存上下文的统计信息。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
  • printfunc：打印函数。
  • passthru：传递给打印函数的参数。
  • totals：统计信息的汇总。
  • print_to_stderr：是否将统计信息打印到标准错误输出。
• 说明：用于调试和监控，帮助了解内存上下文的使用情况。

9. check

#ifdef MEMORY_CONTEXT_CHECKING
void (*check)(MemoryContext context);
#endif

• 类型：函数指针
• 作用：检查内存上下文的完整性。
• 参数：
  • context：当前内存上下文。
• 说明：仅在启用了内存上下文检查（MEMORY_CONTEXT_CHECKING）时定义。用于检测内存泄漏或损坏。

总结

MemoryContextMethods 是一个函数指针集合，定义了内存上下文的基本操作。通过这些函数指针，PostgreSQL 提供了一种统一的接口来操作不同类型的内存上下文，支持以下功能：

1. 内存分配和释放：alloc、free_p 和 realloc。
2. 上下文管理：reset 和 delete_context。
3. 调试和统计：get_chunk_space、is_empty 和 stats。
4. 完整性检查：check（可选）。

这种设计使得 PostgreSQL 的内存管理机制既灵活又高效，能够适应多种内存分配策略和应用场景。