glib/gslice.c

   1 /* GLIB sliced memory - fast concurrent memory chunk allocator
   2  * Copyright (C) 2005 Tim Janik
   3  *
   4  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation; either
   7  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * Lesser General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  15  * License along with this library; if not, write to the
  16  * Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  17  * Boston, MA 02111-1307, USA.
  18  */
  19 /* MT safe */
  20
  21 #include "config.h"
  22
  23 #include "gslice.h"
  24
  25 #if     defined HAVE_POSIX_MEMALIGN && defined POSIX_MEMALIGN_WITH_COMPLIANT_ALLOCS
  26 #  define HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN 1
  27 #endif
  28
  29 #ifdef HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN
  30 #define _XOPEN_SOURCE 600       /* posix_memalign() */
  31 #endif
  32 #include <stdlib.h>             /* posix_memalign() */
  33 #include <string.h>
  34 #include <errno.h>
  35 #include "gmem.h"               /* gslice.h */
  36 #include "gthreadprivate.h"
  37 #include "glib.h"
  38 #include "galias.h"
  39 #ifdef HAVE_UNISTD_H
  40 #include <unistd.h>             /* sysconf() */
  41 #endif
  42 #ifdef G_OS_WIN32
  43 #include <windows.h>
  44 #include <process.h>
  45 #endif
  46
  47 #include <stdio.h>              /* fputs/fprintf */
  48
  49
  50 /* the GSlice allocator is split up into 4 layers, roughly modelled after the slab
  51  * allocator and magazine extensions as outlined in:
  52  * + [Bonwick94] Jeff Bonwick, The slab allocator: An object-caching kernel
  53  *   memory allocator. USENIX 1994, http://citeseer.ist.psu.edu/bonwick94slab.html
  54  * + [Bonwick01] Bonwick and Jonathan Adams, Magazines and vmem: Extending the
  55  *   slab allocator to many cpu's and arbitrary resources.
  56  *   USENIX 2001, http://citeseer.ist.psu.edu/bonwick01magazines.html
  57  * the layers are:
  58  * - the thread magazines. for each (aligned) chunk size, a magazine (a list)
  59  *   of recently freed and soon to be allocated chunks is maintained per thread.
  60  *   this way, most alloc/free requests can be quickly satisfied from per-thread
  61  *   free lists which only require one g_private_get() call to retrive the
  62  *   thread handle.
  63  * - the magazine cache. allocating and freeing chunks to/from threads only
  64  *   occours at magazine sizes from a global depot of magazines. the depot
  65  *   maintaines a 15 second working set of allocated magazines, so full
  66  *   magazines are not allocated and released too often.
  67  *   the chunk size dependent magazine sizes automatically adapt (within limits,
  68  *   see [3]) to lock contention to properly scale performance across a variety
  69  *   of SMP systems.
  70  * - the slab allocator. this allocator allocates slabs (blocks of memory) close
  71  *   to the system page size or multiples thereof which have to be page aligned.
  72  *   the blocks are divided into smaller chunks which are used to satisfy
  73  *   allocations from the upper layers. the space provided by the reminder of
  74  *   the chunk size division is used for cache colorization (random distribution
  75  *   of chunk addresses) to improve processor cache utilization. multiple slabs
  76  *   with the same chunk size are kept in a partially sorted ring to allow O(1)
  77  *   freeing and allocation of chunks (as long as the allocation of an entirely
  78  *   new slab can be avoided).
  79  * - the page allocator. on most modern systems, posix_memalign(3) or
  80  *   memalign(3) should be available, so this is used to allocate blocks with
  81  *   system page size based alignments and sizes or multiples thereof.
  82  *   if no memalign variant is provided, valloc() is used instead and
  83  *   block sizes are limited to the system page size (no multiples thereof).
  84  *   as a fallback, on system without even valloc(), a malloc(3)-based page
  85  *   allocator with alloc-only behaviour is used.
  86  *
  87  * NOTES:
  88  * [1] some systems memalign(3) implementations may rely on boundary tagging for
  89  *     the handed out memory chunks. to avoid excessive page-wise fragmentation,
  90  *     we reserve 2 * sizeof (void*) per block size for the systems memalign(3),
  91  *     specified in NATIVE_MALLOC_PADDING.
  92  * [2] using the slab allocator alone already provides for a fast and efficient
  93  *     allocator, it doesn't properly scale beyond single-threaded uses though.
  94  *     also, the slab allocator implements eager free(3)-ing, i.e. does not
  95  *     provide any form of caching or working set maintenance. so if used alone,
  96  *     it's vulnerable to trashing for sequences of balanced (alloc, free) pairs
  97  *     at certain thresholds.
  98  * [3] magazine sizes are bound by an implementation specific minimum size and
  99  *     a chunk size specific maximum to limit magazine storage sizes to roughly
 100  *     16KB.
 101  * [4] allocating ca. 8 chunks per block/page keeps a good balance between
 102  *     external and internal fragmentation (<= 12.5%). [Bonwick94]
 103  */
 104
 105 /* --- macros and constants --- */
 106 #define LARGEALIGNMENT          (256)
 107 #define P2ALIGNMENT             (2 * sizeof (gsize))                            /* fits 2 pointers (assumed to be 2 * GLIB_SIZEOF_SIZE_T below) */
 108 #define ALIGN(size, base)       ((base) * (gsize) (((size) + (base) - 1) / (base)))
 109 #define NATIVE_MALLOC_PADDING   P2ALIGNMENT                                     /* per-page padding left for native malloc(3) see [1] */
 110 #define SLAB_INFO_SIZE          P2ALIGN (sizeof (SlabInfo) + NATIVE_MALLOC_PADDING)
 111 #define MAX_MAGAZINE_SIZE       (256)                                           /* see [3] and allocator_get_magazine_threshold() for this */
 112 #define MIN_MAGAZINE_SIZE       (4)
 113 #define MAX_STAMP_COUNTER       (7)                                             /* distributes the load of gettimeofday() */
 114 #define MAX_SLAB_CHUNK_SIZE(al) (((al)->max_page_size - SLAB_INFO_SIZE) / 8)    /* we want at last 8 chunks per page, see [4] */
 115 #define MAX_SLAB_INDEX(al)      (SLAB_INDEX (al, MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (al)) + 1)
 116 #define SLAB_INDEX(al, asize)   ((asize) / P2ALIGNMENT - 1)                     /* asize must be P2ALIGNMENT aligned */
 117 #define SLAB_CHUNK_SIZE(al, ix) (((ix) + 1) * P2ALIGNMENT)
 118 #define SLAB_BPAGE_SIZE(al,csz) (8 * (csz) + SLAB_INFO_SIZE)
 119
 120 /* optimized version of ALIGN (size, P2ALIGNMENT) */
 121 #if     GLIB_SIZEOF_SIZE_T * 2 == 8  /* P2ALIGNMENT */
 122 #define P2ALIGN(size)   (((size) + 0x7) & ~(gsize) 0x7)
 123 #elif   GLIB_SIZEOF_SIZE_T * 2 == 16 /* P2ALIGNMENT */
 124 #define P2ALIGN(size)   (((size) + 0xf) & ~(gsize) 0xf)
 125 #else
 126 #define P2ALIGN(size)   ALIGN (size, P2ALIGNMENT)
 127 #endif
 128
 129 /* special helpers to avoid gmessage.c dependency */
 130 static void mem_error (const char *format, ...) G_GNUC_PRINTF (1,2);
 131 #define mem_assert(cond)    do { if (G_LIKELY (cond)) ; else mem_error ("assertion failed: %s", #cond); } while (0)
 132
 133 /* --- structures --- */
 134 typedef struct _ChunkLink      ChunkLink;
 135 typedef struct _SlabInfo       SlabInfo;
 136 typedef struct _CachedMagazine CachedMagazine;
 137 struct _ChunkLink {
 138   ChunkLink *next;
 139   ChunkLink *data;
 140 };
 141 struct _SlabInfo {
 142   ChunkLink *chunks;
 143   guint n_allocated;
 144   SlabInfo *next, *prev;
 145 };
 146 typedef struct {
 147   ChunkLink *chunks;
 148   gsize      count;                     /* approximative chunks list length */
 149 } Magazine;
 150 typedef struct {
 151   Magazine   *magazine1;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 152   Magazine   *magazine2;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 153 } ThreadMemory;
 154 typedef struct {
 155   gboolean always_malloc;
 156   gboolean bypass_magazines;
 157   gboolean debug_blocks;
 158   gsize    working_set_msecs;
 159   guint    color_increment;
 160 } SliceConfig;
 161 typedef struct {
 162   /* const after initialization */
 163   gsize         min_page_size, max_page_size;
 164   SliceConfig   config;
 165   gsize         max_slab_chunk_size_for_magazine_cache;
 166   /* magazine cache */
 167   GMutex       *magazine_mutex;
 168   ChunkLink   **magazines;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 169   guint        *contention_counters;      /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 170   gint          mutex_counter;
 171   guint         stamp_counter;
 172   guint         last_stamp;
 173   /* slab allocator */
 174   GMutex       *slab_mutex;
 175   SlabInfo    **slab_stack;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 176   guint        color_accu;
 177 } Allocator;
 178
 179 /* --- g-slice prototypes --- */
 180 static gpointer     slab_allocator_alloc_chunk       (gsize      chunk_size);
 181 static void         slab_allocator_free_chunk        (gsize      chunk_size,
 182                                                       gpointer   mem);
 183 static void         private_thread_memory_cleanup    (gpointer   data);
 184 static gpointer     allocator_memalign               (gsize      alignment,
 185                                                       gsize      memsize);
 186 static void         allocator_memfree                (gsize      memsize,
 187                                                       gpointer   mem);
 188 static inline void  magazine_cache_update_stamp      (void);
 189 static inline gsize allocator_get_magazine_threshold (Allocator *allocator,
 190                                                       guint      ix);
 191
 192 /* --- g-slice memory checker --- */
 193 static void     smc_notify_alloc  (void   *pointer,
 194                                    size_t  size);
 195 static int      smc_notify_free   (void   *pointer,
 196                                    size_t  size);
 197
 198 /* --- variables --- */
 199 static GPrivate   *private_thread_memory = NULL;
 200 static gsize       sys_page_size = 0;
 201 static Allocator   allocator[1] = { { 0, }, };
 202 static SliceConfig slice_config = {
 203   FALSE,        /* always_malloc */
 204   FALSE,        /* bypass_magazines */
 205   FALSE,        /* debug_blocks */
 206   15 * 1000,    /* working_set_msecs */
 207   1,            /* color increment, alt: 0x7fffffff */
 208 };
 209 static GMutex     *smc_tree_mutex = NULL; /* mutex for G_SLICE=debug-blocks */
 210
 211 /* --- auxillary funcitons --- */
 212 void
 213 g_slice_set_config (GSliceConfig ckey,
 214                     gint64       value)
 215 {
 216   g_return_if_fail (sys_page_size == 0);
 217   switch (ckey)
 218     {
 219     case G_SLICE_CONFIG_ALWAYS_MALLOC:
 220       slice_config.always_malloc = value != 0;
 221       break;
 222     case G_SLICE_CONFIG_BYPASS_MAGAZINES:
 223       slice_config.bypass_magazines = value != 0;
 224       break;
 225     case G_SLICE_CONFIG_WORKING_SET_MSECS:
 226       slice_config.working_set_msecs = value;
 227       break;
 228     case G_SLICE_CONFIG_COLOR_INCREMENT:
 229       slice_config.color_increment = value;
 230     default: ;
 231     }
 232 }
 233
 234 gint64
 235 g_slice_get_config (GSliceConfig ckey)
 236 {
 237   switch (ckey)
 238     {
 239     case G_SLICE_CONFIG_ALWAYS_MALLOC:
 240       return slice_config.always_malloc;
 241     case G_SLICE_CONFIG_BYPASS_MAGAZINES:
 242       return slice_config.bypass_magazines;
 243     case G_SLICE_CONFIG_WORKING_SET_MSECS:
 244       return slice_config.working_set_msecs;
 245     case G_SLICE_CONFIG_CHUNK_SIZES:
 246       return MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 247     case G_SLICE_CONFIG_COLOR_INCREMENT:
 248       return slice_config.color_increment;
 249     default:
 250       return 0;
 251     }
 252 }
 253
 254 gint64*
 255 g_slice_get_config_state (GSliceConfig ckey,
 256                           gint64       address,
 257                           guint       *n_values)
 258 {
 259   guint i = 0;
 260   g_return_val_if_fail (n_values != NULL, NULL);
 261   *n_values = 0;
 262   switch (ckey)
 263     {
 264       gint64 array[64];
 265     case G_SLICE_CONFIG_CONTENTION_COUNTER:
 266       array[i++] = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, address);
 267       array[i++] = allocator->contention_counters[address];
 268       array[i++] = allocator_get_magazine_threshold (allocator, address);
 269       *n_values = i;
 270       return g_memdup (array, sizeof (array[0]) * *n_values);
 271     default:
 272       return NULL;
 273     }
 274 }
 275
 276 static void
 277 slice_config_init (SliceConfig *config)
 278 {
 279   /* don't use g_malloc/g_message here */
 280   gchar buffer[1024];
 281   const gchar *val = _g_getenv_nomalloc ("G_SLICE", buffer);
 282   const GDebugKey keys[] = {
 283     { "always-malloc", 1 << 0 },
 284     { "debug-blocks",  1 << 1 },
 285   };
 286   gint flags = !val ? 0 : g_parse_debug_string (val, keys, G_N_ELEMENTS (keys));
 287   *config = slice_config;
 288   if (flags & (1 << 0))         /* always-malloc */
 289     config->always_malloc = TRUE;
 290   if (flags & (1 << 1))         /* debug-blocks */
 291     config->debug_blocks = TRUE;
 292 }
 293
 294 static void
 295 g_slice_init_nomessage (void)
 296 {
 297   /* we may not use g_error() or friends here */
 298   mem_assert (sys_page_size == 0);
 299   mem_assert (MIN_MAGAZINE_SIZE >= 4);
 300
 301 #ifdef G_OS_WIN32
 302   {
 303     SYSTEM_INFO system_info;
 304     GetSystemInfo (&system_info);
 305     sys_page_size = system_info.dwPageSize;
 306   }
 307 #else
 308   sys_page_size = sysconf (_SC_PAGESIZE); /* = sysconf (_SC_PAGE_SIZE); = getpagesize(); */
 309 #endif
 310   mem_assert (sys_page_size >= 2 * LARGEALIGNMENT);
 311   mem_assert ((sys_page_size & (sys_page_size - 1)) == 0);
 312   slice_config_init (&allocator->config);
 313   allocator->min_page_size = sys_page_size;
 314 #if HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN
 315   /* allow allocation of pages up to 8KB (with 8KB alignment).
 316    * this is useful because many medium to large sized structures
 317    * fit less than 8 times (see [4]) into 4KB pages.
 318    * we allow very small page sizes here, to reduce wastage in
 319    * threads if only small allocations are required (this does
 320    * bear the risk of incresing allocation times and fragmentation
 321    * though).
 322    */
 323   allocator->min_page_size = MAX (allocator->min_page_size, 4096);
 324   allocator->max_page_size = MAX (allocator->min_page_size, 8192);
 325   allocator->min_page_size = MIN (allocator->min_page_size, 128);
 326 #else
 327   /* we can only align to system page size */
 328   allocator->max_page_size = sys_page_size;
 329 #endif
 330   if (allocator->config.always_malloc)
 331     {
 332       allocator->contention_counters = NULL;
 333       allocator->magazines = NULL;
 334       allocator->slab_stack = NULL;
 335     }
 336   else
 337     {
 338       allocator->contention_counters = g_new0 (guint, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 339       allocator->magazines = g_new0 (ChunkLink*, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 340       allocator->slab_stack = g_new0 (SlabInfo*, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 341     }
 342
 343   allocator->magazine_mutex = NULL;     /* _g_slice_thread_init_nomessage() */
 344   allocator->mutex_counter = 0;
 345   allocator->stamp_counter = MAX_STAMP_COUNTER; /* force initial update */
 346   allocator->last_stamp = 0;
 347   allocator->slab_mutex = NULL;         /* _g_slice_thread_init_nomessage() */
 348   allocator->color_accu = 0;
 349   magazine_cache_update_stamp();
 350   /* values cached for performance reasons */
 351   allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache = MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (allocator);
 352   if (allocator->config.always_malloc || allocator->config.bypass_magazines)
 353     allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache = 0;      /* non-optimized cases */
 354   /* at this point, g_mem_gc_friendly() should be initialized, this
 355    * should have been accomplished by the above g_malloc/g_new calls
 356    */
 357 }
 358
 359 static inline guint
 360 allocator_categorize (gsize aligned_chunk_size)
 361 {
 362   /* speed up the likely path */
 363   if (G_LIKELY (aligned_chunk_size && aligned_chunk_size <= allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache))
 364     return 1;           /* use magazine cache */
 365
 366   /* the above will fail (max_slab_chunk_size_for_magazine_cache == 0) if the
 367    * allocator is still uninitialized, or if we are not configured to use the
 368    * magazine cache.
 369    */
 370   if (!sys_page_size)
 371     g_slice_init_nomessage ();
 372   if (!allocator->config.always_malloc &&
 373       aligned_chunk_size &&
 374       aligned_chunk_size <= MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (allocator))
 375     {
 376       if (allocator->config.bypass_magazines)
 377         return 2;       /* use slab allocator, see [2] */
 378       return 1;         /* use magazine cache */
 379     }
 380   return 0;             /* use malloc() */
 381 }
 382
 383 void
 384 _g_slice_thread_init_nomessage (void)
 385 {
 386   /* we may not use g_error() or friends here */
 387   if (!sys_page_size)
 388     g_slice_init_nomessage();
 389   else
 390     {
 391       /* g_slice_init_nomessage() has been called already, probably due
 392        * to a g_slice_alloc1() before g_thread_init().
 393        */
 394     }
 395   private_thread_memory = g_private_new (private_thread_memory_cleanup);
 396   allocator->magazine_mutex = g_mutex_new();
 397   allocator->slab_mutex = g_mutex_new();
 398   if (allocator->config.debug_blocks)
 399     smc_tree_mutex = g_mutex_new();
 400 }
 401
 402 static inline void
 403 g_mutex_lock_a (GMutex *mutex,
 404                 guint  *contention_counter)
 405 {
 406   gboolean contention = FALSE;
 407   if (!g_mutex_trylock (mutex))
 408     {
 409       g_mutex_lock (mutex);
 410       contention = TRUE;
 411     }
 412   if (contention)
 413     {
 414       allocator->mutex_counter++;
 415       if (allocator->mutex_counter >= 1)        /* quickly adapt to contention */
 416         {
 417           allocator->mutex_counter = 0;
 418           *contention_counter = MIN (*contention_counter + 1, MAX_MAGAZINE_SIZE);
 419         }
 420     }
 421   else /* !contention */
 422     {
 423       allocator->mutex_counter--;
 424       if (allocator->mutex_counter < -11)       /* moderately recover magazine sizes */
 425         {
 426           allocator->mutex_counter = 0;
 427           *contention_counter = MAX (*contention_counter, 1) - 1;
 428         }
 429     }
 430 }
 431
 432 static inline ThreadMemory*
 433 thread_memory_from_self (void)
 434 {
 435   ThreadMemory *tmem = g_private_get (private_thread_memory);
 436   if (G_UNLIKELY (!tmem))
 437     {
 438       static ThreadMemory *single_thread_memory = NULL;   /* remember single-thread info for multi-threaded case */
 439       if (single_thread_memory && g_thread_supported ())
 440         {
 441           g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 442           if (single_thread_memory)
 443             {
 444               /* GSlice has been used before g_thread_init(), and now
 445                * we are running threaded. to cope with it, use the saved
 446                * thread memory structure from when we weren't threaded.
 447                */
 448               tmem = single_thread_memory;
 449               single_thread_memory = NULL;      /* slab_mutex protected when multi-threaded */
 450             }
 451           g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 452         }
 453       if (!tmem)
 454         {
 455           const guint n_magazines = MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 456           tmem = g_malloc0 (sizeof (ThreadMemory) + sizeof (Magazine) * 2 * n_magazines);
 457           tmem->magazine1 = (Magazine*) (tmem + 1);
 458           tmem->magazine2 = &tmem->magazine1[n_magazines];
 459         }
 460       /* g_private_get/g_private_set works in the single-threaded xor the multi-
 461        * threaded case. but not *across* g_thread_init(), after multi-thread
 462        * initialization it returns NULL for previously set single-thread data.
 463        */
 464       g_private_set (private_thread_memory, tmem);
 465       /* save single-thread thread memory structure, in case we need to
 466        * pick it up again after multi-thread initialization happened.
 467        */
 468       if (!single_thread_memory && !g_thread_supported ())
 469         single_thread_memory = tmem;            /* no slab_mutex created yet */
 470     }
 471   return tmem;
 472 }
 473
 474 static inline ChunkLink*
 475 magazine_chain_pop_head (ChunkLink **magazine_chunks)
 476 {
 477   /* magazine chains are linked via ChunkLink->next.
 478    * each ChunkLink->data of the toplevel chain may point to a subchain,
 479    * linked via ChunkLink->next. ChunkLink->data of the subchains just
 480    * contains uninitialized junk.
 481    */
 482   ChunkLink *chunk = (*magazine_chunks)->data;
 483   if (G_UNLIKELY (chunk))
 484     {
 485       /* allocating from freed list */
 486       (*magazine_chunks)->data = chunk->next;
 487     }
 488   else
 489     {
 490       chunk = *magazine_chunks;
 491       *magazine_chunks = chunk->next;
 492     }
 493   return chunk;
 494 }
 495
 496 #if 0 /* useful for debugging */
 497 static guint
 498 magazine_count (ChunkLink *head)
 499 {
 500   guint count = 0;
 501   if (!head)
 502     return 0;
 503   while (head)
 504     {
 505       ChunkLink *child = head->data;
 506       count += 1;
 507       for (child = head->data; child; child = child->next)
 508         count += 1;
 509       head = head->next;
 510     }
 511   return count;
 512 }
 513 #endif
 514
 515 static inline gsize
 516 allocator_get_magazine_threshold (Allocator *allocator,
 517                                   guint      ix)
 518 {
 519   /* the magazine size calculated here has a lower bound of MIN_MAGAZINE_SIZE,
 520    * which is required by the implementation. also, for moderately sized chunks
 521    * (say >= 64 bytes), magazine sizes shouldn't be much smaller then the number
 522    * of chunks available per page/2 to avoid excessive traffic in the magazine
 523    * cache for small to medium sized structures.
 524    * the upper bound of the magazine size is effectively provided by
 525    * MAX_MAGAZINE_SIZE. for larger chunks, this number is scaled down so that
 526    * the content of a single magazine doesn't exceed ca. 16KB.
 527    */
 528   gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 529   guint threshold = MAX (MIN_MAGAZINE_SIZE, allocator->max_page_size / MAX (5 * chunk_size, 5 * 32));
 530   guint contention_counter = allocator->contention_counters[ix];
 531   if (G_UNLIKELY (contention_counter))  /* single CPU bias */
 532     {
 533       /* adapt contention counter thresholds to chunk sizes */
 534       contention_counter = contention_counter * 64 / chunk_size;
 535       threshold = MAX (threshold, contention_counter);
 536     }
 537   return threshold;
 538 }
 539
 540 /* --- magazine cache --- */
 541 static inline void
 542 magazine_cache_update_stamp (void)
 543 {
 544   if (allocator->stamp_counter >= MAX_STAMP_COUNTER)
 545     {
 546       GTimeVal tv;
 547       g_get_current_time (&tv);
 548       allocator->last_stamp = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000; /* milli seconds */
 549       allocator->stamp_counter = 0;
 550     }
 551   else
 552     allocator->stamp_counter++;
 553 }
 554
 555 static inline ChunkLink*
 556 magazine_chain_prepare_fields (ChunkLink *magazine_chunks)
 557 {
 558   ChunkLink *chunk1;
 559   ChunkLink *chunk2;
 560   ChunkLink *chunk3;
 561   ChunkLink *chunk4;
 562   /* checked upon initialization: mem_assert (MIN_MAGAZINE_SIZE >= 4); */
 563   /* ensure a magazine with at least 4 unused data pointers */
 564   chunk1 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 565   chunk2 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 566   chunk3 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 567   chunk4 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 568   chunk4->next = magazine_chunks;
 569   chunk3->next = chunk4;
 570   chunk2->next = chunk3;
 571   chunk1->next = chunk2;
 572   return chunk1;
 573 }
 574
 575 /* access the first 3 fields of a specially prepared magazine chain */
 576 #define magazine_chain_prev(mc)         ((mc)->data)
 577 #define magazine_chain_stamp(mc)        ((mc)->next->data)
 578 #define magazine_chain_uint_stamp(mc)   GPOINTER_TO_UINT ((mc)->next->data)
 579 #define magazine_chain_next(mc)         ((mc)->next->next->data)
 580 #define magazine_chain_count(mc)        ((mc)->next->next->next->data)
 581
 582 static void
 583 magazine_cache_trim (Allocator *allocator,
 584                      guint      ix,
 585                      guint      stamp)
 586 {
 587   /* g_mutex_lock (allocator->mutex); done by caller */
 588   /* trim magazine cache from tail */
 589   ChunkLink *current = magazine_chain_prev (allocator->magazines[ix]);
 590   ChunkLink *trash = NULL;
 591   while (ABS (stamp - magazine_chain_uint_stamp (current)) >= allocator->config.working_set_msecs)
 592     {
 593       /* unlink */
 594       ChunkLink *prev = magazine_chain_prev (current);
 595       ChunkLink *next = magazine_chain_next (current);
 596       magazine_chain_next (prev) = next;
 597       magazine_chain_prev (next) = prev;
 598       /* clear special fields, put on trash stack */
 599       magazine_chain_next (current) = NULL;
 600       magazine_chain_count (current) = NULL;
 601       magazine_chain_stamp (current) = NULL;
 602       magazine_chain_prev (current) = trash;
 603       trash = current;
 604       /* fixup list head if required */
 605       if (current == allocator->magazines[ix])
 606         {
 607           allocator->magazines[ix] = NULL;
 608           break;
 609         }
 610       current = prev;
 611     }
 612   g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 613   /* free trash */
 614   if (trash)
 615     {
 616       const gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 617       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 618       while (trash)
 619         {
 620           current = trash;
 621           trash = magazine_chain_prev (current);
 622           magazine_chain_prev (current) = NULL; /* clear special field */
 623           while (current)
 624             {
 625               ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&current);
 626               slab_allocator_free_chunk (chunk_size, chunk);
 627             }
 628         }
 629       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 630     }
 631 }
 632
 633 static void
 634 magazine_cache_push_magazine (guint      ix,
 635                               ChunkLink *magazine_chunks,
 636                               gsize      count) /* must be >= MIN_MAGAZINE_SIZE */
 637 {
 638   ChunkLink *current = magazine_chain_prepare_fields (magazine_chunks);
 639   ChunkLink *next, *prev;
 640   g_mutex_lock (allocator->magazine_mutex);
 641   /* add magazine at head */
 642   next = allocator->magazines[ix];
 643   if (next)
 644     prev = magazine_chain_prev (next);
 645   else
 646     next = prev = current;
 647   magazine_chain_next (prev) = current;
 648   magazine_chain_prev (next) = current;
 649   magazine_chain_prev (current) = prev;
 650   magazine_chain_next (current) = next;
 651   magazine_chain_count (current) = (gpointer) count;
 652   /* stamp magazine */
 653   magazine_cache_update_stamp();
 654   magazine_chain_stamp (current) = GUINT_TO_POINTER (allocator->last_stamp);
 655   allocator->magazines[ix] = current;
 656   /* free old magazines beyond a certain threshold */
 657   magazine_cache_trim (allocator, ix, allocator->last_stamp);
 658   /* g_mutex_unlock (allocator->mutex); was done by magazine_cache_trim() */
 659 }
 660
 661 static ChunkLink*
 662 magazine_cache_pop_magazine (guint  ix,
 663                              gsize *countp)
 664 {
 665   g_mutex_lock_a (allocator->magazine_mutex, &allocator->contention_counters[ix]);
 666   if (!allocator->magazines[ix])
 667     {
 668       guint magazine_threshold = allocator_get_magazine_threshold (allocator, ix);
 669       gsize i, chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 670       ChunkLink *chunk, *head;
 671       g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 672       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 673       head = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 674       head->data = NULL;
 675       chunk = head;
 676       for (i = 1; i < magazine_threshold; i++)
 677         {
 678           chunk->next = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 679           chunk = chunk->next;
 680           chunk->data = NULL;
 681         }
 682       chunk->next = NULL;
 683       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 684       *countp = i;
 685       return head;
 686     }
 687   else
 688     {
 689       ChunkLink *current = allocator->magazines[ix];
 690       ChunkLink *prev = magazine_chain_prev (current);
 691       ChunkLink *next = magazine_chain_next (current);
 692       /* unlink */
 693       magazine_chain_next (prev) = next;
 694       magazine_chain_prev (next) = prev;
 695       allocator->magazines[ix] = next == current ? NULL : next;
 696       g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 697       /* clear special fields and hand out */
 698       *countp = (gsize) magazine_chain_count (current);
 699       magazine_chain_prev (current) = NULL;
 700       magazine_chain_next (current) = NULL;
 701       magazine_chain_count (current) = NULL;
 702       magazine_chain_stamp (current) = NULL;
 703       return current;
 704     }
 705 }
 706
 707 /* --- thread magazines --- */
 708 static void
 709 private_thread_memory_cleanup (gpointer data)
 710 {
 711   ThreadMemory *tmem = data;
 712   const guint n_magazines = MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 713   guint ix;
 714   for (ix = 0; ix < n_magazines; ix++)
 715     {
 716       Magazine *mags[2];
 717       guint j;
 718       mags[0] = &tmem->magazine1[ix];
 719       mags[1] = &tmem->magazine2[ix];
 720       for (j = 0; j < 2; j++)
 721         {
 722           Magazine *mag = mags[j];
 723           if (mag->count >= MIN_MAGAZINE_SIZE)
 724             magazine_cache_push_magazine (ix, mag->chunks, mag->count);
 725           else
 726             {
 727               const gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 728               g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 729               while (mag->chunks)
 730                 {
 731                   ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&mag->chunks);
 732                   slab_allocator_free_chunk (chunk_size, chunk);
 733                 }
 734               g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 735             }
 736         }
 737     }
 738   g_free (tmem);
 739 }
 740
 741 static void
 742 thread_memory_magazine1_reload (ThreadMemory *tmem,
 743                                 guint         ix)
 744 {
 745   Magazine *mag = &tmem->magazine1[ix];
 746   mem_assert (mag->chunks == NULL); /* ensure that we may reset mag->count */
 747   mag->count = 0;
 748   mag->chunks = magazine_cache_pop_magazine (ix, &mag->count);
 749 }
 750
 751 static void
 752 thread_memory_magazine2_unload (ThreadMemory *tmem,
 753                                 guint         ix)
 754 {
 755   Magazine *mag = &tmem->magazine2[ix];
 756   magazine_cache_push_magazine (ix, mag->chunks, mag->count);
 757   mag->chunks = NULL;
 758   mag->count = 0;
 759 }
 760
 761 static inline void
 762 thread_memory_swap_magazines (ThreadMemory *tmem,
 763                               guint         ix)
 764 {
 765   Magazine xmag = tmem->magazine1[ix];
 766   tmem->magazine1[ix] = tmem->magazine2[ix];
 767   tmem->magazine2[ix] = xmag;
 768 }
 769
 770 static inline gboolean
 771 thread_memory_magazine1_is_empty (ThreadMemory *tmem,
 772                                   guint         ix)
 773 {
 774   return tmem->magazine1[ix].chunks == NULL;
 775 }
 776
 777 static inline gboolean
 778 thread_memory_magazine2_is_full (ThreadMemory *tmem,
 779                                  guint         ix)
 780 {
 781   return tmem->magazine2[ix].count >= allocator_get_magazine_threshold (allocator, ix);
 782 }
 783
 784 static inline gpointer
 785 thread_memory_magazine1_alloc (ThreadMemory *tmem,
 786                                guint         ix)
 787 {
 788   Magazine *mag = &tmem->magazine1[ix];
 789   ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&mag->chunks);
 790   if (G_LIKELY (mag->count > 0))
 791     mag->count--;
 792   return chunk;
 793 }
 794
 795 static inline void
 796 thread_memory_magazine2_free (ThreadMemory *tmem,
 797                               guint         ix,
 798                               gpointer      mem)
 799 {
 800   Magazine *mag = &tmem->magazine2[ix];
 801   ChunkLink *chunk = mem;
 802   chunk->data = NULL;
 803   chunk->next = mag->chunks;
 804   mag->chunks = chunk;
 805   mag->count++;
 806 }
 807
 808 /* --- API functions --- */
 809 gpointer
 810 g_slice_alloc (gsize mem_size)
 811 {
 812   gsize chunk_size;
 813   gpointer mem;
 814   guint acat;
 815   chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 816   acat = allocator_categorize (chunk_size);
 817   if (G_LIKELY (acat == 1))     /* allocate through magazine layer */
 818     {
 819       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 820       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 821       if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine1_is_empty (tmem, ix)))
 822         {
 823           thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 824           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine1_is_empty (tmem, ix)))
 825             thread_memory_magazine1_reload (tmem, ix);
 826         }
 827       mem = thread_memory_magazine1_alloc (tmem, ix);
 828     }
 829   else if (acat == 2)           /* allocate through slab allocator */
 830     {
 831       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 832       mem = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 833       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 834     }
 835   else                          /* delegate to system malloc */
 836     mem = g_malloc (mem_size);
 837   if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks))
 838     smc_notify_alloc (mem, mem_size);
 839   return mem;
 840 }
 841
 842 gpointer
 843 g_slice_alloc0 (gsize mem_size)
 844 {
 845   gpointer mem = g_slice_alloc (mem_size);
 846   if (mem)
 847     memset (mem, 0, mem_size);
 848   return mem;
 849 }
 850
 851 gpointer
 852 g_slice_copy (gsize         mem_size,
 853               gconstpointer mem_block)
 854 {
 855   gpointer mem = g_slice_alloc (mem_size);
 856   if (mem)
 857     memcpy (mem, mem_block, mem_size);
 858   return mem;
 859 }
 860
 861 void
 862 g_slice_free1 (gsize    mem_size,
 863                gpointer mem_block)
 864 {
 865   gsize chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 866   guint acat = allocator_categorize (chunk_size);
 867   if (G_UNLIKELY (!mem_block))
 868     return;
 869   if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 870       !smc_notify_free (mem_block, mem_size))
 871     abort();
 872   if (G_LIKELY (acat == 1))             /* allocate through magazine layer */
 873     {
 874       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 875       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 876       if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 877         {
 878           thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 879           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 880             thread_memory_magazine2_unload (tmem, ix);
 881         }
 882       if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 883         memset (mem_block, 0, chunk_size);
 884       thread_memory_magazine2_free (tmem, ix, mem_block);
 885     }
 886   else if (acat == 2)                   /* allocate through slab allocator */
 887     {
 888       if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 889         memset (mem_block, 0, chunk_size);
 890       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 891       slab_allocator_free_chunk (chunk_size, mem_block);
 892       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 893     }
 894   else                                  /* delegate to system malloc */
 895     {
 896       if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 897         memset (mem_block, 0, mem_size);
 898       g_free (mem_block);
 899     }
 900 }
 901
 902 void
 903 g_slice_free_chain_with_offset (gsize    mem_size,
 904                                 gpointer mem_chain,
 905                                 gsize    next_offset)
 906 {
 907   gpointer slice = mem_chain;
 908   /* while the thread magazines and the magazine cache are implemented so that
 909    * they can easily be extended to allow for free lists containing more free
 910    * lists for the first level nodes, which would allow O(1) freeing in this
 911    * function, the benefit of such an extension is questionable, because:
 912    * - the magazine size counts will become mere lower bounds which confuses
 913    *   the code adapting to lock contention;
 914    * - freeing a single node to the thread magazines is very fast, so this
 915    *   O(list_length) operation is multiplied by a fairly small factor;
 916    * - memory usage histograms on larger applications seem to indicate that
 917    *   the amount of released multi node lists is negligible in comparison
 918    *   to single node releases.
 919    * - the major performance bottle neck, namely g_private_get() or
 920    *   g_mutex_lock()/g_mutex_unlock() has already been moved out of the
 921    *   inner loop for freeing chained slices.
 922    */
 923   gsize chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 924   guint acat = allocator_categorize (chunk_size);
 925   if (G_LIKELY (acat == 1))             /* allocate through magazine layer */
 926     {
 927       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 928       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 929       while (slice)
 930         {
 931           guint8 *current = slice;
 932           slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 933           if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 934               !smc_notify_free (current, mem_size))
 935             abort();
 936           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 937             {
 938               thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 939               if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 940                 thread_memory_magazine2_unload (tmem, ix);
 941             }
 942           if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 943             memset (current, 0, chunk_size);
 944           thread_memory_magazine2_free (tmem, ix, current);
 945         }
 946     }
 947   else if (acat == 2)                   /* allocate through slab allocator */
 948     {
 949       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 950       while (slice)
 951         {
 952           guint8 *current = slice;
 953           slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 954           if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 955               !smc_notify_free (current, mem_size))
 956             abort();
 957           if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 958             memset (current, 0, chunk_size);
 959           slab_allocator_free_chunk (chunk_size, current);
 960         }
 961       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 962     }
 963   else                                  /* delegate to system malloc */
 964     while (slice)
 965       {
 966         guint8 *current = slice;
 967         slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 968         if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 969             !smc_notify_free (current, mem_size))
 970           abort();
 971         if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 972           memset (current, 0, mem_size);
 973         g_free (current);
 974       }
 975 }
 976
 977 /* --- single page allocator --- */
 978 static void
 979 allocator_slab_stack_push (Allocator *allocator,
 980                            guint      ix,
 981                            SlabInfo  *sinfo)
 982 {
 983   /* insert slab at slab ring head */
 984   if (!allocator->slab_stack[ix])
 985     {
 986       sinfo->next = sinfo;
 987       sinfo->prev = sinfo;
 988     }
 989   else
 990     {
 991       SlabInfo *next = allocator->slab_stack[ix], *prev = next->prev;
 992       next->prev = sinfo;
 993       prev->next = sinfo;
 994       sinfo->next = next;
 995       sinfo->prev = prev;
 996     }
 997   allocator->slab_stack[ix] = sinfo;
 998 }
 999
1000 static gsize
1001 allocator_aligned_page_size (Allocator *allocator,
1002                              gsize      n_bytes)
1003 {
1004   gsize val = 1 << g_bit_storage (n_bytes - 1);
1005   val = MAX (val, allocator->min_page_size);
1006   return val;
1007 }
1008
1009 static void
1010 allocator_add_slab (Allocator *allocator,
1011                     guint      ix,
1012                     gsize      chunk_size)
1013 {
1014   ChunkLink *chunk;
1015   SlabInfo *sinfo;
1016   gsize addr, padding, n_chunks, color = 0;
1017   gsize page_size = allocator_aligned_page_size (allocator, SLAB_BPAGE_SIZE (allocator, chunk_size));
1018   /* allocate 1 page for the chunks and the slab */
1019   gpointer aligned_memory = allocator_memalign (page_size, page_size - NATIVE_MALLOC_PADDING);
1020   guint8 *mem = aligned_memory;
1021   guint i;
1022   if (!mem)
1023     {
1024       const gchar *syserr = "unknown error";
1025 #if HAVE_STRERROR
1026       syserr = strerror (errno);
1027 #endif
1028       mem_error ("failed to allocate %u bytes (alignment: %u): %s\n",
1029                  (guint) (page_size - NATIVE_MALLOC_PADDING), (guint) page_size, syserr);
1030     }
1031   /* mask page adress */
1032   addr = ((gsize) mem / page_size) * page_size;
1033   /* assert alignment */
1034   mem_assert (aligned_memory == (gpointer) addr);
1035   /* basic slab info setup */
1036   sinfo = (SlabInfo*) (mem + page_size - SLAB_INFO_SIZE);
1037   sinfo->n_allocated = 0;
1038   sinfo->chunks = NULL;
1039   /* figure cache colorization */
1040   n_chunks = ((guint8*) sinfo - mem) / chunk_size;
1041   padding = ((guint8*) sinfo - mem) - n_chunks * chunk_size;
1042   if (padding)
1043     {
1044       color = (allocator->color_accu * P2ALIGNMENT) % padding;
1045       allocator->color_accu += allocator->config.color_increment;
1046     }
1047   /* add chunks to free list */
1048   chunk = (ChunkLink*) (mem + color);
1049   sinfo->chunks = chunk;
1050   for (i = 0; i < n_chunks - 1; i++)
1051     {
1052       chunk->next = (ChunkLink*) ((guint8*) chunk + chunk_size);
1053       chunk = chunk->next;
1054     }
1055   chunk->next = NULL;   /* last chunk */
1056   /* add slab to slab ring */
1057   allocator_slab_stack_push (allocator, ix, sinfo);
1058 }
1059
1060 static gpointer
1061 slab_allocator_alloc_chunk (gsize chunk_size)
1062 {
1063   ChunkLink *chunk;
1064   guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
1065   /* ensure non-empty slab */
1066   if (!allocator->slab_stack[ix] || !allocator->slab_stack[ix]->chunks)
1067     allocator_add_slab (allocator, ix, chunk_size);
1068   /* allocate chunk */
1069   chunk = allocator->slab_stack[ix]->chunks;
1070   allocator->slab_stack[ix]->chunks = chunk->next;
1071   allocator->slab_stack[ix]->n_allocated++;
1072   /* rotate empty slabs */
1073   if (!allocator->slab_stack[ix]->chunks)
1074     allocator->slab_stack[ix] = allocator->slab_stack[ix]->next;
1075   return chunk;
1076 }
1077
1078 static void
1079 slab_allocator_free_chunk (gsize    chunk_size,
1080                            gpointer mem)
1081 {
1082   ChunkLink *chunk;
1083   gboolean was_empty;
1084   guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
1085   gsize page_size = allocator_aligned_page_size (allocator, SLAB_BPAGE_SIZE (allocator, chunk_size));
1086   gsize addr = ((gsize) mem / page_size) * page_size;
1087   /* mask page adress */
1088   guint8 *page = (guint8*) addr;
1089   SlabInfo *sinfo = (SlabInfo*) (page + page_size - SLAB_INFO_SIZE);
1090   /* assert valid chunk count */
1091   mem_assert (sinfo->n_allocated > 0);
1092   /* add chunk to free list */
1093   was_empty = sinfo->chunks == NULL;
1094   chunk = (ChunkLink*) mem;
1095   chunk->next = sinfo->chunks;
1096   sinfo->chunks = chunk;
1097   sinfo->n_allocated--;
1098   /* keep slab ring partially sorted, empty slabs at end */
1099   if (was_empty)
1100     {
1101       /* unlink slab */
1102       SlabInfo *next = sinfo->next, *prev = sinfo->prev;
1103       next->prev = prev;
1104       prev->next = next;
1105       if (allocator->slab_stack[ix] == sinfo)
1106         allocator->slab_stack[ix] = next == sinfo ? NULL : next;
1107       /* insert slab at head */
1108       allocator_slab_stack_push (allocator, ix, sinfo);
1109     }
1110   /* eagerly free complete unused slabs */
1111   if (!sinfo->n_allocated)
1112     {
1113       /* unlink slab */
1114       SlabInfo *next = sinfo->next, *prev = sinfo->prev;
1115       next->prev = prev;
1116       prev->next = next;
1117       if (allocator->slab_stack[ix] == sinfo)
1118         allocator->slab_stack[ix] = next == sinfo ? NULL : next;
1119       /* free slab */
1120       allocator_memfree (page_size, page);
1121     }
1122 }
1123
1124 /* --- memalign implementation --- */
1125 #ifdef HAVE_MALLOC_H
1126 #include <malloc.h>             /* memalign() */
1127 #endif
1128
1129 /* from config.h:
1130  * define HAVE_POSIX_MEMALIGN           1 // if free(posix_memalign(3)) works, <stdlib.h>
1131  * define HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN 1 // if free(posix_memalign(3)) works for sizes != 2^n, <stdlib.h>
1132  * define HAVE_MEMALIGN                 1 // if free(memalign(3)) works, <malloc.h>
1133  * define HAVE_VALLOC                   1 // if free(valloc(3)) works, <stdlib.h> or <malloc.h>
1134  * if none is provided, we implement malloc(3)-based alloc-only page alignment
1135  */
1136
1137 #if !(HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN || HAVE_VALLOC)
1138 static GTrashStack *compat_valloc_trash = NULL;
1139 #endif
1140
1141 static gpointer
1142 allocator_memalign (gsize alignment,
1143                     gsize memsize)
1144 {
1145   gpointer aligned_memory = NULL;
1146   gint err = ENOMEM;
1147 #if     HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN
1148   err = posix_memalign (&aligned_memory, alignment, memsize);
1149 #elif   HAVE_MEMALIGN
1150   errno = 0;
1151   aligned_memory = memalign (alignment, memsize);
1152   err = errno;
1153 #elif   HAVE_VALLOC
1154   errno = 0;
1155   aligned_memory = valloc (memsize);
1156   err = errno;
1157 #else
1158   /* simplistic non-freeing page allocator */
1159   mem_assert (alignment == sys_page_size);
1160   mem_assert (memsize <= sys_page_size);
1161   if (!compat_valloc_trash)
1162     {
1163       const guint n_pages = 16;
1164       guint8 *mem = malloc (n_pages * sys_page_size);
1165       err = errno;
1166       if (mem)
1167         {
1168           gint i = n_pages;
1169           guint8 *amem = (guint8*) ALIGN ((gsize) mem, sys_page_size);
1170           if (amem != mem)
1171             i--;        /* mem wasn't page aligned */
1172           while (--i >= 0)
1173             g_trash_stack_push (&compat_valloc_trash, amem + i * sys_page_size);
1174         }
1175     }
1176   aligned_memory = g_trash_stack_pop (&compat_valloc_trash);
1177 #endif
1178   if (!aligned_memory)
1179     errno = err;
1180   return aligned_memory;
1181 }
1182
1183 static void
1184 allocator_memfree (gsize    memsize,
1185                    gpointer mem)
1186 {
1187 #if     HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN || HAVE_VALLOC
1188   free (mem);
1189 #else
1190   mem_assert (memsize <= sys_page_size);
1191   g_trash_stack_push (&compat_valloc_trash, mem);
1192 #endif
1193 }
1194
1195 static void
1196 mem_error (const char *format,
1197            ...)
1198 {
1199   const char *pname;
1200   va_list args;
1201   /* at least, put out "MEMORY-ERROR", in case we segfault during the rest of the function */
1202   fputs ("\n***MEMORY-ERROR***: ", stderr);
1203   pname = g_get_prgname();
1204   fprintf (stderr, "%s[%ld]: GSlice: ", pname ? pname : "", (long)getpid());
1205   va_start (args, format);
1206   vfprintf (stderr, format, args);
1207   va_end (args);
1208   fputs ("\n", stderr);
1209   abort();
1210   _exit (1);
1211 }
1212
1213 /* --- g-slice memory checker tree --- */
1214 typedef size_t SmcKType;                /* key type */
1215 typedef size_t SmcVType;                /* value type */
1216 typedef struct {
1217   SmcKType key;
1218   SmcVType value;
1219 } SmcEntry;
1220 static void             smc_tree_insert      (SmcKType  key,
1221                                               SmcVType  value);
1222 static gboolean         smc_tree_lookup      (SmcKType  key,
1223                                               SmcVType *value_p);
1224 static gboolean         smc_tree_remove      (SmcKType  key);
1225
1226
1227 /* --- g-slice memory checker implementation --- */
1228 static void
1229 smc_notify_alloc (void   *pointer,
1230                   size_t  size)
1231 {
1232   size_t adress = (size_t) pointer;
1233   if (pointer)
1234     smc_tree_insert (adress, size);
1235 }
1236
1237 #if 0
1238 static void
1239 smc_notify_ignore (void *pointer)
1240 {
1241   size_t adress = (size_t) pointer;
1242   if (pointer)
1243     smc_tree_remove (adress);
1244 }
1245 #endif
1246
1247 static int
1248 smc_notify_free (void   *pointer,
1249                  size_t  size)
1250 {
1251   size_t adress = (size_t) pointer;
1252   SmcVType real_size;
1253   gboolean found_one;
1254
1255   if (!pointer)
1256     return 1; /* ignore */
1257   found_one = smc_tree_lookup (adress, &real_size);
1258   if (!found_one)
1259     {
1260       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: attempt to release non-allocated block: %p size=%" G_GSIZE_FORMAT "\n", pointer, size);
1261       return 0;
1262     }
1263   if (real_size != size && (real_size || size))
1264     {
1265       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: attempt to release block with invalid size: %p size=%" G_GSIZE_FORMAT " invalid-size=%" G_GSIZE_FORMAT "\n", pointer, real_size, size);
1266       return 0;
1267     }
1268   if (!smc_tree_remove (adress))
1269     {
1270       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: attempt to release non-allocated block: %p size=%" G_GSIZE_FORMAT "\n", pointer, size);
1271       return 0;
1272     }
1273   return 1; /* all fine */
1274 }
1275
1276 /* --- g-slice memory checker tree implementation --- */
1277 #define SMC_TRUNK_COUNT     (4093 /* 16381 */)          /* prime, to distribute trunk collisions (big, allocated just once) */
1278 #define SMC_BRANCH_COUNT    (511)                       /* prime, to distribute branch collisions */
1279 #define SMC_TRUNK_EXTENT    (SMC_BRANCH_COUNT * 2039)   /* key adress space per trunk, should distribute uniformly across BRANCH_COUNT */
1280 #define SMC_TRUNK_HASH(k)   ((k / SMC_TRUNK_EXTENT) % SMC_TRUNK_COUNT)  /* generate new trunk hash per megabyte (roughly) */
1281 #define SMC_BRANCH_HASH(k)  (k % SMC_BRANCH_COUNT)
1282
1283 typedef struct {
1284   SmcEntry    *entries;
1285   unsigned int n_entries;
1286 } SmcBranch;
1287
1288 static SmcBranch     **smc_tree_root = NULL;
1289
1290 static void
1291 smc_tree_abort (int errval)
1292 {
1293   const char *syserr = "unknown error";
1294 #if HAVE_STRERROR
1295   syserr = strerror (errval);
1296 #endif
1297   mem_error ("MemChecker: failure in debugging tree: %s", syserr);
1298 }
1299
1300 static inline SmcEntry*
1301 smc_tree_branch_grow_L (SmcBranch   *branch,
1302                         unsigned int index)
1303 {
1304   unsigned int old_size = branch->n_entries * sizeof (branch->entries[0]);
1305   unsigned int new_size = old_size + sizeof (branch->entries[0]);
1306   SmcEntry *entry;
1307   mem_assert (index <= branch->n_entries);
1308   branch->entries = (SmcEntry*) realloc (branch->entries, new_size);
1309   if (!branch->entries)
1310     smc_tree_abort (errno);
1311   entry = branch->entries + index;
1312   g_memmove (entry + 1, entry, (branch->n_entries - index) * sizeof (entry[0]));
1313   branch->n_entries += 1;
1314   return entry;
1315 }
1316
1317 static inline SmcEntry*
1318 smc_tree_branch_lookup_nearest_L (SmcBranch *branch,
1319                                   SmcKType   key)
1320 {
1321   unsigned int n_nodes = branch->n_entries, offs = 0;
1322   SmcEntry *check = branch->entries;
1323   int cmp = 0;
1324   while (offs < n_nodes)
1325     {
1326       unsigned int i = (offs + n_nodes) >> 1;
1327       check = branch->entries + i;
1328       cmp = key < check->key ? -1 : key != check->key;
1329       if (cmp == 0)
1330         return check;                   /* return exact match */
1331       else if (cmp < 0)
1332         n_nodes = i;
1333       else /* (cmp > 0) */
1334         offs = i + 1;
1335     }
1336   /* check points at last mismatch, cmp > 0 indicates greater key */
1337   return cmp > 0 ? check + 1 : check;   /* return insertion position for inexact match */
1338 }
1339
1340 static void
1341 smc_tree_insert (SmcKType key,
1342                  SmcVType value)
1343 {
1344   unsigned int ix0, ix1;
1345   SmcEntry *entry;
1346
1347   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1348   ix0 = SMC_TRUNK_HASH (key);
1349   ix1 = SMC_BRANCH_HASH (key);
1350   if (!smc_tree_root)
1351     {
1352       smc_tree_root = calloc (SMC_TRUNK_COUNT, sizeof (smc_tree_root[0]));
1353       if (!smc_tree_root)
1354         smc_tree_abort (errno);
1355     }
1356   if (!smc_tree_root[ix0])
1357     {
1358       smc_tree_root[ix0] = calloc (SMC_BRANCH_COUNT, sizeof (smc_tree_root[0][0]));
1359       if (!smc_tree_root[ix0])
1360         smc_tree_abort (errno);
1361     }
1362   entry = smc_tree_branch_lookup_nearest_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], key);
1363   if (!entry ||                                                                         /* need create */
1364       entry >= smc_tree_root[ix0][ix1].entries + smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries ||   /* need append */
1365       entry->key != key)                                                                /* need insert */
1366     entry = smc_tree_branch_grow_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], entry - smc_tree_root[ix0][ix1].entries);
1367   entry->key = key;
1368   entry->value = value;
1369   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1370 }
1371
1372 static gboolean
1373 smc_tree_lookup (SmcKType  key,
1374                  SmcVType *value_p)
1375 {
1376   SmcEntry *entry = NULL;
1377   unsigned int ix0 = SMC_TRUNK_HASH (key), ix1 = SMC_BRANCH_HASH (key);
1378   gboolean found_one = FALSE;
1379   *value_p = 0;
1380   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1381   if (smc_tree_root && smc_tree_root[ix0])
1382     {
1383       entry = smc_tree_branch_lookup_nearest_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], key);
1384       if (entry &&
1385           entry < smc_tree_root[ix0][ix1].entries + smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries &&
1386           entry->key == key)
1387         {
1388           found_one = TRUE;
1389           *value_p = entry->value;
1390         }
1391     }
1392   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1393   return found_one;
1394 }
1395
1396 static gboolean
1397 smc_tree_remove (SmcKType key)
1398 {
1399   unsigned int ix0 = SMC_TRUNK_HASH (key), ix1 = SMC_BRANCH_HASH (key);
1400   gboolean found_one = FALSE;
1401   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1402   if (smc_tree_root && smc_tree_root[ix0])
1403     {
1404       SmcEntry *entry = smc_tree_branch_lookup_nearest_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], key);
1405       if (entry &&
1406           entry < smc_tree_root[ix0][ix1].entries + smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries &&
1407           entry->key == key)
1408         {
1409           unsigned int i = entry - smc_tree_root[ix0][ix1].entries;
1410           smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries -= 1;
1411           g_memmove (entry, entry + 1, (smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries - i) * sizeof (entry[0]));
1412           if (!smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries)
1413             {
1414               /* avoid useless pressure on the memory system */
1415               free (smc_tree_root[ix0][ix1].entries);
1416               smc_tree_root[ix0][ix1].entries = NULL;
1417             }
1418           found_one = TRUE;
1419         }
1420     }
1421   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1422   return found_one;
1423 }
1424
1425 #ifdef G_ENABLE_DEBUG
1426 void
1427 g_slice_debug_tree_statistics (void)
1428 {
1429   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1430   if (smc_tree_root)
1431     {
1432       unsigned int i, j, t = 0, o = 0, b = 0, su = 0, ex = 0, en = 4294967295u;
1433       double tf, bf;
1434       for (i = 0; i < SMC_TRUNK_COUNT; i++)
1435         if (smc_tree_root[i])
1436           {
1437             t++;
1438             for (j = 0; j < SMC_BRANCH_COUNT; j++)
1439               if (smc_tree_root[i][j].n_entries)
1440                 {
1441                   b++;
1442                   su += smc_tree_root[i][j].n_entries;
1443                   en = MIN (en, smc_tree_root[i][j].n_entries);
1444                   ex = MAX (ex, smc_tree_root[i][j].n_entries);
1445                 }
1446               else if (smc_tree_root[i][j].entries)
1447                 o++; /* formerly used, now empty */
1448           }
1449       en = b ? en : 0;
1450       tf = MAX (t, 1.0); /* max(1) to be a valid divisor */
1451       bf = MAX (b, 1.0); /* max(1) to be a valid divisor */
1452       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: %u trunks, %u branches, %u old branches\n", t, b, o);
1453       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: %f branches per trunk, %.2f%% utilization\n",
1454                b / tf,
1455                100.0 - (SMC_BRANCH_COUNT - b / tf) / (0.01 * SMC_BRANCH_COUNT));
1456       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: %f entries per branch, %u minimum, %u maximum\n",
1457                su / bf, en, ex);
1458     }
1459   else
1460     fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: root=NULL\n");
1461   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1462
1463   /* sample statistics (beast + GSLice + 24h scripted core & GUI activity):
1464    *  PID %CPU %MEM   VSZ  RSS      COMMAND
1465    * 8887 30.3 45.8 456068 414856   beast-0.7.1 empty.bse
1466    * $ cat /proc/8887/statm # total-program-size resident-set-size shared-pages text/code data/stack library dirty-pages
1467    * 114017 103714 2354 344 0 108676 0
1468    * $ cat /proc/8887/status
1469    * Name:   beast-0.7.1
1470    * VmSize:   456068 kB
1471    * VmLck:         0 kB
1472    * VmRSS:    414856 kB
1473    * VmData:   434620 kB
1474    * VmStk:        84 kB
1475    * VmExe:      1376 kB
1476    * VmLib:     13036 kB
1477    * VmPTE:       456 kB
1478    * Threads:        3
1479    * (gdb) print g_slice_debug_tree_statistics ()
1480    * GSlice: MemChecker: 422 trunks, 213068 branches, 0 old branches
1481    * GSlice: MemChecker: 504.900474 branches per trunk, 98.81% utilization
1482    * GSlice: MemChecker: 4.965039 entries per branch, 1 minimum, 37 maximum
1483    */
1484 }
1485 #endif /* G_ENABLE_DEBUG */
1486
1487 #define __G_SLICE_C__
1488 #include "galiasdef.c"