src/xbt/mmalloc/mmalloc.c

   1 /* Memory allocator `malloc'. */
   2
   3 /* Copyright (c) 2010-2018. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   4
   5 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   6  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   7
   8 /* Copyright 1990, 1991, 1992 Free Software Foundation
   9
  10    Written May 1989 by Mike Haertel.
  11    Heavily modified Mar 1992 by Fred Fish for mmap'd version. */
  12
  13 #include <string.h>             /* Prototypes for memcpy, memmove, memset, etc */
  14 #include <stdio.h>
  15 #include "mmprivate.h"
  16
  17 /* Prototypes for local functions */
  18
  19 static void initialize(xbt_mheap_t mdp);
  20 static void *register_morecore(xbt_mheap_t mdp, size_t size);
  21 static void *align(xbt_mheap_t mdp, size_t size);
  22
  23 /* Allocation aligned on block boundary.
  24  *
  25  * It never returns NULL, but dies verbosely on error.
  26  */
  27 static void *align(struct mdesc *mdp, size_t size)
  28 {
  29   void *result;
  30   unsigned long int adj;
  31
  32   result = mmorecore(mdp, size);
  33
  34   /* if this reservation does not fill up the last block of our resa,
  35    * complete the reservation by also asking for the full latest block.
  36    *
  37    * Also, the returned block is aligned to the end of block (but I've
  38    * no fucking idea of why, actually -- http://abstrusegoose.com/432 --
  39    * but not doing so seems to lead to issues).
  40    */
  41   adj = RESIDUAL(result, BLOCKSIZE);
  42   if (adj != 0) {
  43     adj = BLOCKSIZE - adj;
  44     mmorecore(mdp, adj);
  45     result = (char *) result + adj;
  46   }
  47   return (result);
  48 }
  49
  50 /** Initialise heapinfo about the heapinfo pages :)
  51  *
  52  */
  53 static void initialize_heapinfo_heapinfo(xbt_mheap_t mdp)
  54 {
  55   // Update heapinfo about the heapinfo pages (!):
  56   xbt_assert((uintptr_t) mdp->heapinfo % BLOCKSIZE == 0);
  57   int block = BLOCK(mdp->heapinfo);
  58   size_t nblocks = mdp->heapsize * sizeof(malloc_info) / BLOCKSIZE;
  59   // Mark them as free:
  60   for (size_t j=0; j!=nblocks; ++j) {
  61     mdp->heapinfo[block+j].type = MMALLOC_TYPE_FREE;
  62     mdp->heapinfo[block+j].free_block.size = 0;
  63     mdp->heapinfo[block+j].free_block.next = 0;
  64     mdp->heapinfo[block+j].free_block.prev = 0;
  65   }
  66   mdp->heapinfo[block].free_block.size = nblocks;
  67 }
  68
  69 /* Finish the initialization of the mheap. If we want to inline it
  70  * properly, we need to make the align function publicly visible, too  */
  71 static void initialize(xbt_mheap_t mdp)
  72 {
  73   int i;
  74   malloc_info mi; /* to compute the offset of the swag hook */
  75
  76   // Update mdp meta-data:
  77   mdp->heapsize = HEAP / BLOCKSIZE;
  78   mdp->heapinfo = (malloc_info *)
  79     align(mdp, mdp->heapsize * sizeof(malloc_info));
  80   mdp->heapbase = (void *) mdp->heapinfo;
  81   mdp->flags |= MMALLOC_INITIALIZED;
  82
  83   // Update root heapinfo:
  84   memset((void *) mdp->heapinfo, 0, mdp->heapsize * sizeof(malloc_info));
  85   mdp->heapinfo[0].type = MMALLOC_TYPE_FREE;
  86   mdp->heapinfo[0].free_block.size = 0;
  87   mdp->heapinfo[0].free_block.next = mdp->heapinfo[0].free_block.prev = 0;
  88   mdp->heapindex = 0;
  89
  90   initialize_heapinfo_heapinfo(mdp);
  91
  92   for (i=0;i<BLOCKLOG;i++) {
  93       xbt_swag_init(&(mdp->fraghead[i]),
  94                     xbt_swag_offset(mi, freehook));
  95   }
  96 }
  97
  98 static inline void update_hook(void **a, size_t offset)
  99 {
 100   if (*a)
 101     *a = (char*)*a + offset;
 102 }
 103
 104 /* Get neatly aligned memory from the low level layers, and register it
 105  * into the heap info table as necessary. */
 106 static void *register_morecore(struct mdesc *mdp, size_t size)
 107 {
 108   void* result = align(mdp, size); // Never returns NULL
 109
 110   /* Check if we need to grow the info table (in a multiplicative manner)  */
 111   if ((size_t) BLOCK((char *) result + size) > mdp->heapsize) {
 112     int it;
 113
 114     size_t newsize = mdp->heapsize;
 115     while ((size_t) BLOCK((char *) result + size) > newsize)
 116       newsize *= 2;
 117
 118     /* Copy old info into new location */
 119     malloc_info* oldinfo = mdp->heapinfo;
 120     malloc_info* newinfo = (malloc_info*)align(mdp, newsize * sizeof(malloc_info));
 121     memcpy(newinfo, oldinfo, mdp->heapsize * sizeof(malloc_info));
 122
 123     /* Initialise the new blockinfo : */
 124     memset((char*) newinfo + mdp->heapsize * sizeof(malloc_info), 0,
 125       (newsize - mdp->heapsize)* sizeof(malloc_info));
 126
 127     /* Update the swag of busy blocks containing free fragments by applying the offset to all swag_hooks. Yeah. My hand is right in the fan and I still type */
 128     size_t offset=((char*)newinfo)-((char*)oldinfo);
 129
 130     for (int i = 1 /*first element of heapinfo describes the mdesc area*/; i < mdp->heaplimit; i++) {
 131       update_hook(&newinfo[i].freehook.next, offset);
 132       update_hook(&newinfo[i].freehook.prev, offset);
 133     }
 134     // also update the starting points of the swag
 135     for (int i = 0; i < BLOCKLOG; i++) {
 136       update_hook(&mdp->fraghead[i].head, offset);
 137       update_hook(&mdp->fraghead[i].tail, offset);
 138     }
 139     mdp->heapinfo = newinfo;
 140
 141     /* mark the space previously occupied by the block info as free by first marking it
 142      * as occupied in the regular way, and then freing it */
 143     for (it=0; it<BLOCKIFY(mdp->heapsize * sizeof(malloc_info)); it++){
 144       newinfo[BLOCK(oldinfo)+it].type = MMALLOC_TYPE_UNFRAGMENTED;
 145       newinfo[BLOCK(oldinfo)+it].busy_block.ignore = 0;
 146     }
 147
 148     newinfo[BLOCK(oldinfo)].busy_block.size = BLOCKIFY(mdp->heapsize * sizeof(malloc_info));
 149     newinfo[BLOCK(oldinfo)].busy_block.busy_size = size;
 150     mfree(mdp, (void *) oldinfo);
 151     mdp->heapsize = newsize;
 152
 153     initialize_heapinfo_heapinfo(mdp);
 154   }
 155
 156   mdp->heaplimit = BLOCK((char *) result + size);
 157   return (result);
 158 }
 159
 160 /* Allocate memory from the heap.  */
 161 void *mmalloc(xbt_mheap_t mdp, size_t size) {
 162   void *res= mmalloc_no_memset(mdp,size);
 163   if (mdp->options & XBT_MHEAP_OPTION_MEMSET) {
 164     memset(res,0,size);
 165   }
 166   return res;
 167 }
 168
 169 static void mmalloc_mark_used(xbt_mheap_t mdp, size_t block, size_t nblocks, size_t requested_size)
 170 {
 171   for (int it = 0; it < nblocks; it++) {
 172     mdp->heapinfo[block + it].type                 = MMALLOC_TYPE_UNFRAGMENTED;
 173     mdp->heapinfo[block + it].busy_block.busy_size = 0;
 174     mdp->heapinfo[block + it].busy_block.ignore    = 0;
 175     mdp->heapinfo[block + it].busy_block.size      = 0;
 176   }
 177   mdp->heapinfo[block].busy_block.size      = nblocks;
 178   mdp->heapinfo[block].busy_block.busy_size = requested_size;
 179   // mdp->heapinfo[block].busy_block.bt_size =
 180   //     xbt_backtrace_no_malloc(mdp->heapinfo[block].busy_block.bt, XBT_BACKTRACE_SIZE);
 181   // mdp->heapinfo[block].busy_block.bt_size =
 182   //     xbt_libunwind_backtrace(mdp->heapinfo[block].busy_block.bt, XBT_BACKTRACE_SIZE);
 183   mdp->heapstats.chunks_used++;
 184   mdp->heapstats.bytes_used += nblocks * BLOCKSIZE;
 185 }
 186
 187 /* Spliting mmalloc this way is mandated by a trick in mrealloc, that gives
 188    back the memory of big blocks to the system before reallocating them: we don't
 189    want to loose the beginning of the area when this happens */
 190 void *mmalloc_no_memset(xbt_mheap_t mdp, size_t size)
 191 {
 192   void *result;
 193   size_t block;
 194
 195   size_t requested_size = size; // The amount of memory requested by user, for real
 196
 197   /* Work even if the user was stupid enough to ask a ridiculously small block (even 0-length),
 198    *    ie return a valid block that can be realloced and freed.
 199    * glibc malloc does not use this trick but return a constant pointer, but we need to enlist the free fragments later on.
 200    */
 201   if (size < SMALLEST_POSSIBLE_MALLOC)
 202     size = SMALLEST_POSSIBLE_MALLOC;
 203
 204   //  printf("(%s) Mallocing %d bytes on %p (default: %p)...",xbt_thread_self_name(),size,mdp,__mmalloc_default_mdp);fflush(stdout);
 205
 206   if (!(mdp->flags & MMALLOC_INITIALIZED))
 207     initialize(mdp);
 208
 209   /* Determine the allocation policy based on the request size.  */
 210   if (size <= BLOCKSIZE / 2) {
 211     /* Small allocation to receive a fragment of a block.
 212        Determine the logarithm to base two of the fragment size. */
 213     size_t log = 1;
 214     --size;
 215     while ((size /= 2) != 0) {
 216       ++log;
 217     }
 218
 219     /* Look in the fragment lists for a free fragment of the desired size. */
 220     if (xbt_swag_size(&mdp->fraghead[log])>0) {
 221       /* There are free fragments of this size; Get one of them and prepare to return it.
 222          Update the block's nfree and if no other free fragment, get out of the swag. */
 223
 224       /* search a fragment that I could return as a result */
 225       malloc_info *candidate_info = xbt_swag_getFirst(&mdp->fraghead[log]);
 226       size_t candidate_block = (candidate_info - &(mdp->heapinfo[0]));
 227       size_t candidate_frag;
 228       for (candidate_frag=0;candidate_frag<(size_t) (BLOCKSIZE >> log);candidate_frag++)
 229         if (candidate_info->busy_frag.frag_size[candidate_frag] == -1)
 230           break;
 231       xbt_assert(candidate_frag < (size_t) (BLOCKSIZE >> log),
 232           "Block %zu was registered as containing free fragments of type %zu, but I can't find any",candidate_block,log);
 233
 234       result = (void*) (((char*)ADDRESS(candidate_block)) + (candidate_frag << log));
 235
 236       /* Remove this fragment from the list of free guys */
 237       candidate_info->busy_frag.nfree--;
 238       if (candidate_info->busy_frag.nfree == 0) {
 239         xbt_swag_remove(candidate_info,&mdp->fraghead[log]);
 240       }
 241
 242       /* Update our metadata about this fragment */
 243       candidate_info->busy_frag.frag_size[candidate_frag] = requested_size;
 244       candidate_info->busy_frag.ignore[candidate_frag] = 0;
 245       //xbt_backtrace_no_malloc(candidate_info->busy_frag.bt[candidate_frag],XBT_BACKTRACE_SIZE);
 246       //xbt_libunwind_backtrace(candidate_info->busy_frag.bt[candidate_frag],XBT_BACKTRACE_SIZE);
 247
 248       /* Update the statistics.  */
 249       mdp -> heapstats.chunks_used++;
 250       mdp -> heapstats.bytes_used += 1 << log;
 251       mdp -> heapstats.chunks_free--;
 252       mdp -> heapstats.bytes_free -= 1 << log;
 253
 254     } else {
 255       /* No free fragments of the desired size, so get a new block
 256          and break it into fragments, returning the first.  */
 257
 258       result = mmalloc(mdp, BLOCKSIZE); // does not return NULL
 259       block = BLOCK(result);
 260
 261       mdp->heapinfo[block].type = log;
 262       /* Link all fragments but the first as free, and add the block to the swag of blocks containing free frags  */
 263       size_t i;
 264       for (i = 1; i < (size_t) (BLOCKSIZE >> log); ++i) {
 265         mdp->heapinfo[block].busy_frag.frag_size[i] = -1;
 266         mdp->heapinfo[block].busy_frag.ignore[i] = 0;
 267       }
 268       mdp->heapinfo[block].busy_frag.nfree = i - 1;
 269       mdp->heapinfo[block].freehook.prev = NULL;
 270       mdp->heapinfo[block].freehook.next = NULL;
 271
 272       xbt_swag_insert(&mdp->heapinfo[block], &(mdp->fraghead[log]));
 273
 274       /* mark the fragment returned as busy */
 275       mdp->heapinfo[block].busy_frag.frag_size[0] = requested_size;
 276       mdp->heapinfo[block].busy_frag.ignore[0] = 0;
 277       //xbt_backtrace_no_malloc(mdp->heapinfo[block].busy_frag.bt[0],XBT_BACKTRACE_SIZE);
 278       //xbt_libunwind_backtrace(mdp->heapinfo[block].busy_frag.bt[0],XBT_BACKTRACE_SIZE);
 279
 280       /* update stats */
 281       mdp -> heapstats.chunks_free += (BLOCKSIZE >> log) - 1;
 282       mdp -> heapstats.bytes_free += BLOCKSIZE - (1 << log);
 283       mdp -> heapstats.bytes_used -= BLOCKSIZE - (1 << log);
 284     }
 285   } else {
 286     /* Large allocation to receive one or more blocks.
 287        Search the free list in a circle starting at the last place visited.
 288        If we loop completely around without finding a large enough
 289        space we will have to get more memory from the system.  */
 290     size_t blocks = BLOCKIFY(size);
 291     size_t start  = MALLOC_SEARCH_START;
 292     block         = MALLOC_SEARCH_START;
 293     while (mdp->heapinfo[block].free_block.size < blocks) {
 294       if (mdp->heapinfo[block].type >=0) { // Don't trust xbt_die and friends in malloc-level library, you fool!
 295         fprintf(stderr,"Internal error: found a free block not marked as such (block=%lu type=%lu). Please report this bug.\n",(unsigned long)block,(unsigned long)mdp->heapinfo[block].type);
 296         abort();
 297       }
 298
 299       block = mdp->heapinfo[block].free_block.next;
 300       if (block == start) {
 301         /* Need to get more from the system.  Check to see if
 302            the new core will be contiguous with the final free
 303            block; if so we don't need to get as much.  */
 304         block = mdp->heapinfo[0].free_block.prev;
 305         size_t lastblocks = mdp->heapinfo[block].free_block.size;
 306         if (mdp->heaplimit != 0 &&
 307             block + lastblocks == mdp->heaplimit &&
 308             mmorecore(mdp, 0) == ADDRESS(block + lastblocks) &&
 309             (register_morecore(mdp, (blocks - lastblocks) * BLOCKSIZE)) != NULL) {
 310           /* Which block we are extending (the `final free
 311              block' referred to above) might have changed, if
 312              it got combined with a freed info table.  */
 313           block = mdp->heapinfo[0].free_block.prev;
 314
 315           mdp->heapinfo[block].free_block.size += (blocks - lastblocks);
 316           continue;
 317         }
 318         result = register_morecore(mdp, blocks * BLOCKSIZE);
 319
 320         block = BLOCK(result);
 321         mmalloc_mark_used(mdp, block, blocks, requested_size);
 322
 323         return result;
 324       }
 325       /* Need large block(s), but found some in the existing heap */
 326     }
 327
 328     /* At this point we have found a suitable free list entry.
 329        Figure out how to remove what we need from the list. */
 330     result = ADDRESS(block);
 331     if (mdp->heapinfo[block].free_block.size > blocks) {
 332       /* The block we found has a bit left over,
 333          so relink the tail end back into the free list. */
 334       mdp->heapinfo[block + blocks].free_block.size
 335         = mdp->heapinfo[block].free_block.size - blocks;
 336       mdp->heapinfo[block + blocks].free_block.next
 337         = mdp->heapinfo[block].free_block.next;
 338       mdp->heapinfo[block + blocks].free_block.prev
 339         = mdp->heapinfo[block].free_block.prev;
 340       mdp->heapinfo[mdp->heapinfo[block].free_block.prev].free_block.next
 341         = mdp->heapinfo[mdp->heapinfo[block].free_block.next].free_block.prev
 342         = mdp->heapindex = block + blocks;
 343     } else {
 344       /* The block exactly matches our requirements,
 345          so just remove it from the list. */
 346       mdp->heapinfo[mdp->heapinfo[block].free_block.next].free_block.prev
 347         = mdp->heapinfo[block].free_block.prev;
 348       mdp->heapinfo[mdp->heapinfo[block].free_block.prev].free_block.next
 349         = mdp->heapindex = mdp->heapinfo[block].free_block.next;
 350     }
 351
 352     mmalloc_mark_used(mdp, block, blocks, requested_size);
 353     mdp -> heapstats.bytes_free -= blocks * BLOCKSIZE;
 354
 355   }
 356   //printf("(%s) Done mallocing. Result is %p\n",xbt_thread_self_name(),result);fflush(stdout);
 357
 358   return (result);
 359 }