src/xbt/mmalloc/mmprivate.h

   1 /* Declarations for `mmalloc' and friends.
   2    Copyright 1990, 1991, 1992 Free Software Foundation
   3
   4    Written May 1989 by Mike Haertel.
   5    Heavily modified Mar 1992 by Fred Fish. (fnf@cygnus.com) */
   6
   7 /* Copyright (c) 2010. The SimGrid Team.
   8  * All rights reserved.                                                     */
   9
  10 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  11  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
  12
  13 #ifndef __MMPRIVATE_H
  14 #define __MMPRIVATE_H 1
  15
  16 #include "portable.h"
  17 #include "xbt/xbt_os_thread.h"
  18 #include "xbt/mmalloc.h"
  19 #include "xbt/ex.h"
  20 #include "xbt/dynar.h"
  21 #include <semaphore.h>
  22 #include <stdint.h>
  23
  24 #ifdef HAVE_LIMITS_H
  25 #  include <limits.h>
  26 #else
  27 #  ifndef CHAR_BIT
  28 #    define CHAR_BIT 8
  29 #  endif
  30 #endif
  31
  32 #define MMALLOC_MAGIC    "mmalloc"       /* Mapped file magic number */
  33 #define MMALLOC_MAGIC_SIZE  8       /* Size of magic number buf */
  34 #define MMALLOC_VERSION    2       /* Current mmalloc version */
  35
  36 /* The allocator divides the heap into blocks of fixed size; large
  37    requests receive one or more whole blocks, and small requests
  38    receive a fragment of a block.  Fragment sizes are powers of two,
  39    and all fragments of a block are the same size.  When all the
  40    fragments in a block have been freed, the block itself is freed.
  41
  42    FIXME: we are not targeting 16bits machines anymore; update values */
  43
  44 #define INT_BIT    (CHAR_BIT * sizeof(int))
  45 #define BLOCKLOG  (INT_BIT > 16 ? 12 : 9)
  46 #define BLOCKSIZE  ((unsigned int) 1 << BLOCKLOG)
  47 #define BLOCKIFY(SIZE)  (((SIZE) + BLOCKSIZE - 1) / BLOCKSIZE)
  48
  49 /* We keep fragment-specific meta-data for introspection purposes, and these
  50  * information are kept in fixed lenght arrays. Here is the computation of
  51  * that size.
  52  *
  53  * Never make SMALLEST_POSSIBLE_MALLOC smaller than sizeof(list) because we
  54  * need to enlist the free fragments.
  55  */
  56
  57 //#define SMALLEST_POSSIBLE_MALLOC (sizeof(struct list))
  58 #define SMALLEST_POSSIBLE_MALLOC (16*sizeof(struct list))
  59 #define MAX_FRAGMENT_PER_BLOCK (BLOCKSIZE / SMALLEST_POSSIBLE_MALLOC)
  60
  61 /* The difference between two pointers is a signed int.  On machines where
  62    the data addresses have the high bit set, we need to ensure that the
  63    difference becomes an unsigned int when we are using the address as an
  64    integral value.  In addition, when using with the '%' operator, the
  65    sign of the result is machine dependent for negative values, so force
  66    it to be treated as an unsigned int. */
  67
  68 #define ADDR2UINT(addr)  ((uintptr_t) ((char*) (addr) - (char*) NULL))
  69 #define RESIDUAL(addr,bsize) ((uintptr_t) (ADDR2UINT (addr) % (bsize)))
  70
  71 /* Determine the amount of memory spanned by the initial heap table
  72    (not an absolute limit).  */
  73
  74 #define HEAP    (INT_BIT > 16 ? 4194304 : 65536)
  75
  76 /* Number of contiguous free blocks allowed to build up at the end of
  77    memory before they will be returned to the system.
  78    FIXME: this is not used anymore: we never return memory to the system. */
  79 #define FINAL_FREE_BLOCKS  8
  80
  81 /* Where to start searching the free list when looking for new memory.
  82    The two possible values are 0 and heapindex.  Starting at 0 seems
  83    to reduce total memory usage, while starting at heapindex seems to
  84    run faster.  */
  85
  86 #define MALLOC_SEARCH_START  mdp -> heapindex
  87
  88 /* Address to block number and vice versa.  */
  89
  90 #define BLOCK(A) (((char*) (A) - (char*) mdp -> heapbase) / BLOCKSIZE + 1)
  91
  92 #define ADDRESS(B) ((void*) (((ADDR2UINT(B)) - 1) * BLOCKSIZE + (char*) mdp -> heapbase))
  93
  94 /* Doubly linked lists of free fragments.  */
  95 struct list {
  96   struct list *next;
  97   struct list *prev;
  98 };
  99
 100 /* Statistics available to the user. */
 101 struct mstats
 102 {
 103   size_t bytes_total;    /* Total size of the heap. */
 104   size_t chunks_used;    /* Chunks allocated by the user. */
 105   size_t bytes_used;    /* Byte total of user-allocated chunks. */
 106   size_t chunks_free;    /* Chunks in the free list. */
 107   size_t bytes_free;    /* Byte total of chunks in the free list. */
 108 };
 109
 110 typedef struct s_heap_area{
 111   int block;
 112   int fragment;
 113 }s_heap_area_t, *heap_area_t;
 114
 115 typedef struct s_heap_area_pair{
 116   int block1;
 117   int fragment1;
 118   int block2;
 119   int fragment2;
 120 }s_heap_area_pair_t, *heap_area_pair_t;
 121
 122 /* Data structure giving per-block information.
 123  *
 124  * There is one such structure in the mdp->heapinfo array per block used in that heap,
 125  *    the array index is the block number.
 126  *
 127  * There is several types of blocks in memory:
 128  *  - full busy blocks: used when we are asked to malloc a block which size is > BLOCKSIZE/2
 129  *    In this situation, the full block is given to the malloc.
 130  *
 131  *  - fragmented busy blocks: when asked for smaller amount of memory.
 132  *    Fragment sizes are only power of 2. When looking for such a free fragment,
 133  *    we get one from mdp->fraghead (that contains a linked list of blocks fragmented at that
 134  *    size and containing a free fragment), or we get a fresh block that we fragment.
 135  *
 136  *  - free blocks are grouped by clusters, that are chained together.
 137  *    When looking for free blocks, we traverse the mdp->heapinfo looking
 138  *    for a cluster of free blocks that would be large enough.
 139  *
 140  *    The size of the cluster is only to be trusted in the first block of the cluster, not in the middle blocks.
 141  *
 142  * The type field is consistently updated for every blocks, even within clusters of blocks.
 143  * You can crawl the array and rely on that value.
 144  *
 145  */
 146 typedef struct {
 147   int type; /*  0: busy large block
 148                 >0: busy fragmented (fragments of size 2^type bytes)
 149                 <0: free block */
 150
 151   union {
 152     /* Heap information for a busy block.  */
 153     struct {
 154       size_t nfree;           /* Free fragments in a fragmented block.  */
 155       size_t first;           /* First free fragment of the block.  */
 156       short frag_size[MAX_FRAGMENT_PER_BLOCK];
 157       void *bt[MAX_FRAGMENT_PER_BLOCK][XBT_BACKTRACE_SIZE]; /* Where it was malloced (or realloced lastly) */
 158       heap_area_t equal_to[MAX_FRAGMENT_PER_BLOCK];
 159     } busy_frag;
 160     struct {
 161       size_t size; /* Size (in blocks) of a large cluster.  */
 162       size_t busy_size; /* Actually used space, in bytes */
 163       void *bt[XBT_BACKTRACE_SIZE]; /* Where it was malloced (or realloced lastly) */
 164       int bt_size;
 165       heap_area_t equal_to;
 166     } busy_block;
 167     /* Heap information for a free block (that may be the first of a free cluster).  */
 168     struct {
 169       size_t size;                /* Size (in blocks) of a free cluster.  */
 170       size_t next;                /* Index of next free cluster.  */
 171       size_t prev;                /* Index of previous free cluster.  */
 172     } free_block;
 173   };
 174 } malloc_info;
 175
 176 /* Internal structure that defines the format of the malloc-descriptor.
 177    This gets written to the base address of the region that mmalloc is
 178    managing, and thus also becomes the file header for the mapped file,
 179    if such a file exists. */
 180
 181 struct mdesc {
 182
 183   /* Semaphore locking the access to the heap */
 184   sem_t sem;
 185
 186   /* Number of processes that attached the heap */
 187   unsigned int refcount;
 188
 189   /* Chained lists of mdescs */
 190   struct mdesc *next_mdesc;
 191
 192   /* The "magic number" for an mmalloc file. */
 193   char magic[MMALLOC_MAGIC_SIZE];
 194
 195   /* The size in bytes of this structure, used as a sanity check when reusing
 196      a previously created mapped file. */
 197   unsigned int headersize;
 198
 199   /* The version number of the mmalloc package that created this file. */
 200   unsigned char version;
 201
 202   /* Some flag bits to keep track of various internal things. */
 203   unsigned int flags;
 204
 205   /* Number of info entries.  */
 206   size_t heapsize;
 207
 208   /* Pointer to first block of the heap (base of the first block).  */
 209   void *heapbase;
 210
 211   /* Current search index for the heap table.  */
 212   /* Search index in the info table.  */
 213   size_t heapindex;
 214
 215   /* Limit of valid info table indices.  */
 216   size_t heaplimit;
 217
 218   /* Block information table.
 219      Allocated with malign/mfree (not mmalloc/mfree).  */
 220   /* Table indexed by block number giving per-block information.  */
 221   malloc_info *heapinfo;
 222
 223   /* List of all blocks containing free fragments of this size. The array indice is the log2 of requested size */
 224   struct list fraghead[BLOCKLOG];
 225
 226   /* The base address of the memory region for this malloc heap.  This
 227      is the location where the bookkeeping data for mmap and for malloc
 228      begins. */
 229
 230   void *base;
 231
 232   /* The current location in the memory region for this malloc heap which
 233      represents the end of memory in use. */
 234
 235   void *breakval;
 236
 237   /* The end of the current memory region for this malloc heap.  This is
 238      the first location past the end of mapped memory. */
 239
 240   void *top;
 241
 242   /* Open file descriptor for the file to which this malloc heap is mapped.
 243      This will always be a valid file descriptor, since /dev/zero is used
 244      by default if no open file is supplied by the client.  Also note that
 245      it may change each time the region is mapped and unmapped. */
 246
 247   int fd;
 248
 249   /* Instrumentation.  */
 250
 251   struct mstats heapstats;
 252
 253 };
 254
 255 /* Bits to look at in the malloc descriptor flags word */
 256
 257 #define MMALLOC_DEVZERO    (1 << 0)        /* Have mapped to /dev/zero */
 258 #define MMALLOC_ANONYMOUS (1 << 1)      /* Use anonymous mapping */
 259 #define MMALLOC_INITIALIZED  (1 << 2)        /* Initialized mmalloc */
 260
 261 /* A default malloc descriptor for the single sbrk() managed region. */
 262
 263 extern struct mdesc *__mmalloc_default_mdp;
 264
 265 /* Remap a mmalloc region that was previously mapped. */
 266
 267 extern void *__mmalloc_remap_core(xbt_mheap_t mdp);
 268
 269 /*  Get core for the memory region specified by MDP, using SIZE as the
 270     amount to either add to or subtract from the existing region.  Works
 271     like sbrk(), but using mmap(). */
 272 extern void *mmorecore(struct mdesc *mdp, int size);
 273
 274 /* Thread-safety (if the sem is already created)
 275  *
 276  * This is mandatory in the case where the user runs a parallel simulation
 277  * in a model-checking enabled tree. Without this protection, our malloc
 278  * implementation will not like multi-threading AT ALL.
 279  */
 280 #define LOCK(mdp) sem_wait(&mdp->sem)
 281 #define UNLOCK(mdp) sem_post(&mdp->sem)
 282
 283 void check_fraghead(struct mdesc *mdp);
 284
 285 #endif                          /* __MMPRIVATE_H */