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 #include "glibconfig.h"
  23
  24 #if     defined HAVE_POSIX_MEMALIGN && defined POSIX_MEMALIGN_WITH_COMPLIANT_ALLOCS
  25 #  define HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN 1
  26 #endif
  27
  28 #if defined(HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN) && !defined(_XOPEN_SOURCE)
  29 #define _XOPEN_SOURCE 600       /* posix_memalign() */
  30 #endif
  31 #include <stdlib.h>             /* posix_memalign() */
  32 #include <string.h>
  33 #include <errno.h>
  34
  35 #ifdef HAVE_UNISTD_H
  36 #include <unistd.h>             /* sysconf() */
  37 #endif
  38 #ifdef G_OS_WIN32
  39 #include <windows.h>
  40 #include <process.h>
  41 #endif
  42
  43 #include <stdio.h>              /* fputs/fprintf */
  44
  45 #include "gslice.h"
  46
  47 #include "gmain.h"
  48 #include "gmem.h"               /* gslice.h */
  49 #include "gstrfuncs.h"
  50 #include "gutils.h"
  51 #include "gtestutils.h"
  52 #include "gthread.h"
  53 #include "gthreadprivate.h"
  54 #include "glib_trace.h"
  55
  56 /* the GSlice allocator is split up into 4 layers, roughly modelled after the slab
  57  * allocator and magazine extensions as outlined in:
  58  * + [Bonwick94] Jeff Bonwick, The slab allocator: An object-caching kernel
  59  *   memory allocator. USENIX 1994, http://citeseer.ist.psu.edu/bonwick94slab.html
  60  * + [Bonwick01] Bonwick and Jonathan Adams, Magazines and vmem: Extending the
  61  *   slab allocator to many cpu's and arbitrary resources.
  62  *   USENIX 2001, http://citeseer.ist.psu.edu/bonwick01magazines.html
  63  * the layers are:
  64  * - the thread magazines. for each (aligned) chunk size, a magazine (a list)
  65  *   of recently freed and soon to be allocated chunks is maintained per thread.
  66  *   this way, most alloc/free requests can be quickly satisfied from per-thread
  67  *   free lists which only require one g_private_get() call to retrive the
  68  *   thread handle.
  69  * - the magazine cache. allocating and freeing chunks to/from threads only
  70  *   occours at magazine sizes from a global depot of magazines. the depot
  71  *   maintaines a 15 second working set of allocated magazines, so full
  72  *   magazines are not allocated and released too often.
  73  *   the chunk size dependent magazine sizes automatically adapt (within limits,
  74  *   see [3]) to lock contention to properly scale performance across a variety
  75  *   of SMP systems.
  76  * - the slab allocator. this allocator allocates slabs (blocks of memory) close
  77  *   to the system page size or multiples thereof which have to be page aligned.
  78  *   the blocks are divided into smaller chunks which are used to satisfy
  79  *   allocations from the upper layers. the space provided by the reminder of
  80  *   the chunk size division is used for cache colorization (random distribution
  81  *   of chunk addresses) to improve processor cache utilization. multiple slabs
  82  *   with the same chunk size are kept in a partially sorted ring to allow O(1)
  83  *   freeing and allocation of chunks (as long as the allocation of an entirely
  84  *   new slab can be avoided).
  85  * - the page allocator. on most modern systems, posix_memalign(3) or
  86  *   memalign(3) should be available, so this is used to allocate blocks with
  87  *   system page size based alignments and sizes or multiples thereof.
  88  *   if no memalign variant is provided, valloc() is used instead and
  89  *   block sizes are limited to the system page size (no multiples thereof).
  90  *   as a fallback, on system without even valloc(), a malloc(3)-based page
  91  *   allocator with alloc-only behaviour is used.
  92  *
  93  * NOTES:
  94  * [1] some systems memalign(3) implementations may rely on boundary tagging for
  95  *     the handed out memory chunks. to avoid excessive page-wise fragmentation,
  96  *     we reserve 2 * sizeof (void*) per block size for the systems memalign(3),
  97  *     specified in NATIVE_MALLOC_PADDING.
  98  * [2] using the slab allocator alone already provides for a fast and efficient
  99  *     allocator, it doesn't properly scale beyond single-threaded uses though.
 100  *     also, the slab allocator implements eager free(3)-ing, i.e. does not
 101  *     provide any form of caching or working set maintenance. so if used alone,
 102  *     it's vulnerable to trashing for sequences of balanced (alloc, free) pairs
 103  *     at certain thresholds.
 104  * [3] magazine sizes are bound by an implementation specific minimum size and
 105  *     a chunk size specific maximum to limit magazine storage sizes to roughly
 106  *     16KB.
 107  * [4] allocating ca. 8 chunks per block/page keeps a good balance between
 108  *     external and internal fragmentation (<= 12.5%). [Bonwick94]
 109  */
 110
 111 /* --- macros and constants --- */
 112 #define LARGEALIGNMENT          (256)
 113 #define P2ALIGNMENT             (2 * sizeof (gsize))                            /* fits 2 pointers (assumed to be 2 * GLIB_SIZEOF_SIZE_T below) */
 114 #define ALIGN(size, base)       ((base) * (gsize) (((size) + (base) - 1) / (base)))
 115 #define NATIVE_MALLOC_PADDING   P2ALIGNMENT                                     /* per-page padding left for native malloc(3) see [1] */
 116 #define SLAB_INFO_SIZE          P2ALIGN (sizeof (SlabInfo) + NATIVE_MALLOC_PADDING)
 117 #define MAX_MAGAZINE_SIZE       (256)                                           /* see [3] and allocator_get_magazine_threshold() for this */
 118 #define MIN_MAGAZINE_SIZE       (4)
 119 #define MAX_STAMP_COUNTER       (7)                                             /* distributes the load of gettimeofday() */
 120 #define MAX_SLAB_CHUNK_SIZE(al) (((al)->max_page_size - SLAB_INFO_SIZE) / 8)    /* we want at last 8 chunks per page, see [4] */
 121 #define MAX_SLAB_INDEX(al)      (SLAB_INDEX (al, MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (al)) + 1)
 122 #define SLAB_INDEX(al, asize)   ((asize) / P2ALIGNMENT - 1)                     /* asize must be P2ALIGNMENT aligned */
 123 #define SLAB_CHUNK_SIZE(al, ix) (((ix) + 1) * P2ALIGNMENT)
 124 #define SLAB_BPAGE_SIZE(al,csz) (8 * (csz) + SLAB_INFO_SIZE)
 125
 126 /* optimized version of ALIGN (size, P2ALIGNMENT) */
 127 #if     GLIB_SIZEOF_SIZE_T * 2 == 8  /* P2ALIGNMENT */
 128 #define P2ALIGN(size)   (((size) + 0x7) & ~(gsize) 0x7)
 129 #elif   GLIB_SIZEOF_SIZE_T * 2 == 16 /* P2ALIGNMENT */
 130 #define P2ALIGN(size)   (((size) + 0xf) & ~(gsize) 0xf)
 131 #else
 132 #define P2ALIGN(size)   ALIGN (size, P2ALIGNMENT)
 133 #endif
 134
 135 /* special helpers to avoid gmessage.c dependency */
 136 static void mem_error (const char *format, ...) G_GNUC_PRINTF (1,2);
 137 #define mem_assert(cond)    do { if (G_LIKELY (cond)) ; else mem_error ("assertion failed: %s", #cond); } while (0)
 138
 139 /* --- structures --- */
 140 typedef struct _ChunkLink      ChunkLink;
 141 typedef struct _SlabInfo       SlabInfo;
 142 typedef struct _CachedMagazine CachedMagazine;
 143 struct _ChunkLink {
 144   ChunkLink *next;
 145   ChunkLink *data;
 146 };
 147 struct _SlabInfo {
 148   ChunkLink *chunks;
 149   guint n_allocated;
 150   SlabInfo *next, *prev;
 151 };
 152 typedef struct {
 153   ChunkLink *chunks;
 154   gsize      count;                     /* approximative chunks list length */
 155 } Magazine;
 156 typedef struct {
 157   Magazine   *magazine1;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 158   Magazine   *magazine2;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 159 } ThreadMemory;
 160 typedef struct {
 161   gboolean always_malloc;
 162   gboolean bypass_magazines;
 163   gboolean debug_blocks;
 164   gsize    working_set_msecs;
 165   guint    color_increment;
 166 } SliceConfig;
 167 typedef struct {
 168   /* const after initialization */
 169   gsize         min_page_size, max_page_size;
 170   SliceConfig   config;
 171   gsize         max_slab_chunk_size_for_magazine_cache;
 172   /* magazine cache */
 173   GMutex       *magazine_mutex;
 174   ChunkLink   **magazines;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 175   guint        *contention_counters;      /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 176   gint          mutex_counter;
 177   guint         stamp_counter;
 178   guint         last_stamp;
 179   /* slab allocator */
 180   GMutex       *slab_mutex;
 181   SlabInfo    **slab_stack;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 182   guint        color_accu;
 183 } Allocator;
 184
 185 /* --- g-slice prototypes --- */
 186 static gpointer     slab_allocator_alloc_chunk       (gsize      chunk_size);
 187 static void         slab_allocator_free_chunk        (gsize      chunk_size,
 188                                                       gpointer   mem);
 189 static void         private_thread_memory_cleanup    (gpointer   data);
 190 static gpointer     allocator_memalign               (gsize      alignment,
 191                                                       gsize      memsize);
 192 static void         allocator_memfree                (gsize      memsize,
 193                                                       gpointer   mem);
 194 static inline void  magazine_cache_update_stamp      (void);
 195 static inline gsize allocator_get_magazine_threshold (Allocator *allocator,
 196                                                       guint      ix);
 197
 198 /* --- g-slice memory checker --- */
 199 static void     smc_notify_alloc  (void   *pointer,
 200                                    size_t  size);
 201 static int      smc_notify_free   (void   *pointer,
 202                                    size_t  size);
 203
 204 /* --- variables --- */
 205 static GPrivate   *private_thread_memory = NULL;
 206 static gsize       sys_page_size = 0;
 207 static Allocator   allocator[1] = { { 0, }, };
 208 static SliceConfig slice_config = {
 209   FALSE,        /* always_malloc */
 210   FALSE,        /* bypass_magazines */
 211   FALSE,        /* debug_blocks */
 212   15 * 1000,    /* working_set_msecs */
 213   1,            /* color increment, alt: 0x7fffffff */
 214 };
 215 static GMutex     *smc_tree_mutex = NULL; /* mutex for G_SLICE=debug-blocks */
 216
 217 /* --- auxillary funcitons --- */
 218 void
 219 g_slice_set_config (GSliceConfig ckey,
 220                     gint64       value)
 221 {
 222   g_return_if_fail (sys_page_size == 0);
 223   switch (ckey)
 224     {
 225     case G_SLICE_CONFIG_ALWAYS_MALLOC:
 226       slice_config.always_malloc = value != 0;
 227       break;
 228     case G_SLICE_CONFIG_BYPASS_MAGAZINES:
 229       slice_config.bypass_magazines = value != 0;
 230       break;
 231     case G_SLICE_CONFIG_WORKING_SET_MSECS:
 232       slice_config.working_set_msecs = value;
 233       break;
 234     case G_SLICE_CONFIG_COLOR_INCREMENT:
 235       slice_config.color_increment = value;
 236     default: ;
 237     }
 238 }
 239
 240 gint64
 241 g_slice_get_config (GSliceConfig ckey)
 242 {
 243   switch (ckey)
 244     {
 245     case G_SLICE_CONFIG_ALWAYS_MALLOC:
 246       return slice_config.always_malloc;
 247     case G_SLICE_CONFIG_BYPASS_MAGAZINES:
 248       return slice_config.bypass_magazines;
 249     case G_SLICE_CONFIG_WORKING_SET_MSECS:
 250       return slice_config.working_set_msecs;
 251     case G_SLICE_CONFIG_CHUNK_SIZES:
 252       return MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 253     case G_SLICE_CONFIG_COLOR_INCREMENT:
 254       return slice_config.color_increment;
 255     default:
 256       return 0;
 257     }
 258 }
 259
 260 gint64*
 261 g_slice_get_config_state (GSliceConfig ckey,
 262                           gint64       address,
 263                           guint       *n_values)
 264 {
 265   guint i = 0;
 266   g_return_val_if_fail (n_values != NULL, NULL);
 267   *n_values = 0;
 268   switch (ckey)
 269     {
 270       gint64 array[64];
 271     case G_SLICE_CONFIG_CONTENTION_COUNTER:
 272       array[i++] = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, address);
 273       array[i++] = allocator->contention_counters[address];
 274       array[i++] = allocator_get_magazine_threshold (allocator, address);
 275       *n_values = i;
 276       return g_memdup (array, sizeof (array[0]) * *n_values);
 277     default:
 278       return NULL;
 279     }
 280 }
 281
 282 static void
 283 slice_config_init (SliceConfig *config)
 284 {
 285   /* don't use g_malloc/g_message here */
 286   gchar buffer[1024];
 287   const gchar *val = _g_getenv_nomalloc ("G_SLICE", buffer);
 288   const GDebugKey keys[] = {
 289     { "always-malloc", 1 << 0 },
 290     { "debug-blocks",  1 << 1 },
 291   };
 292   gint flags = !val ? 0 : g_parse_debug_string (val, keys, G_N_ELEMENTS (keys));
 293   *config = slice_config;
 294   if (flags & (1 << 0))         /* always-malloc */
 295     config->always_malloc = TRUE;
 296   if (flags & (1 << 1))         /* debug-blocks */
 297     config->debug_blocks = TRUE;
 298 }
 299
 300 static void
 301 g_slice_init_nomessage (void)
 302 {
 303   /* we may not use g_error() or friends here */
 304   mem_assert (sys_page_size == 0);
 305   mem_assert (MIN_MAGAZINE_SIZE >= 4);
 306
 307 #ifdef G_OS_WIN32
 308   {
 309     SYSTEM_INFO system_info;
 310     GetSystemInfo (&system_info);
 311     sys_page_size = system_info.dwPageSize;
 312   }
 313 #else
 314   sys_page_size = sysconf (_SC_PAGESIZE); /* = sysconf (_SC_PAGE_SIZE); = getpagesize(); */
 315 #endif
 316   mem_assert (sys_page_size >= 2 * LARGEALIGNMENT);
 317   mem_assert ((sys_page_size & (sys_page_size - 1)) == 0);
 318   slice_config_init (&allocator->config);
 319   allocator->min_page_size = sys_page_size;
 320 #if HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN
 321   /* allow allocation of pages up to 8KB (with 8KB alignment).
 322    * this is useful because many medium to large sized structures
 323    * fit less than 8 times (see [4]) into 4KB pages.
 324    * we allow very small page sizes here, to reduce wastage in
 325    * threads if only small allocations are required (this does
 326    * bear the risk of incresing allocation times and fragmentation
 327    * though).
 328    */
 329   allocator->min_page_size = MAX (allocator->min_page_size, 4096);
 330   allocator->max_page_size = MAX (allocator->min_page_size, 8192);
 331   allocator->min_page_size = MIN (allocator->min_page_size, 128);
 332 #else
 333   /* we can only align to system page size */
 334   allocator->max_page_size = sys_page_size;
 335 #endif
 336   if (allocator->config.always_malloc)
 337     {
 338       allocator->contention_counters = NULL;
 339       allocator->magazines = NULL;
 340       allocator->slab_stack = NULL;
 341     }
 342   else
 343     {
 344       allocator->contention_counters = g_new0 (guint, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 345       allocator->magazines = g_new0 (ChunkLink*, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 346       allocator->slab_stack = g_new0 (SlabInfo*, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 347     }
 348
 349   allocator->magazine_mutex = NULL;     /* _g_slice_thread_init_nomessage() */
 350   allocator->mutex_counter = 0;
 351   allocator->stamp_counter = MAX_STAMP_COUNTER; /* force initial update */
 352   allocator->last_stamp = 0;
 353   allocator->slab_mutex = NULL;         /* _g_slice_thread_init_nomessage() */
 354   allocator->color_accu = 0;
 355   magazine_cache_update_stamp();
 356   /* values cached for performance reasons */
 357   allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache = MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (allocator);
 358   if (allocator->config.always_malloc || allocator->config.bypass_magazines)
 359     allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache = 0;      /* non-optimized cases */
 360   /* at this point, g_mem_gc_friendly() should be initialized, this
 361    * should have been accomplished by the above g_malloc/g_new calls
 362    */
 363 }
 364
 365 static inline guint
 366 allocator_categorize (gsize aligned_chunk_size)
 367 {
 368   /* speed up the likely path */
 369   if (G_LIKELY (aligned_chunk_size && aligned_chunk_size <= allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache))
 370     return 1;           /* use magazine cache */
 371
 372   /* the above will fail (max_slab_chunk_size_for_magazine_cache == 0) if the
 373    * allocator is still uninitialized, or if we are not configured to use the
 374    * magazine cache.
 375    */
 376   if (!sys_page_size)
 377     g_slice_init_nomessage ();
 378   if (!allocator->config.always_malloc &&
 379       aligned_chunk_size &&
 380       aligned_chunk_size <= MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (allocator))
 381     {
 382       if (allocator->config.bypass_magazines)
 383         return 2;       /* use slab allocator, see [2] */
 384       return 1;         /* use magazine cache */
 385     }
 386   return 0;             /* use malloc() */
 387 }
 388
 389 void
 390 _g_slice_thread_init_nomessage (void)
 391 {
 392   /* we may not use g_error() or friends here */
 393   if (!sys_page_size)
 394     g_slice_init_nomessage();
 395   else
 396     {
 397       /* g_slice_init_nomessage() has been called already, probably due
 398        * to a g_slice_alloc1() before g_thread_init().
 399        */
 400     }
 401   private_thread_memory = g_private_new (private_thread_memory_cleanup);
 402   allocator->magazine_mutex = g_mutex_new();
 403   allocator->slab_mutex = g_mutex_new();
 404   if (allocator->config.debug_blocks)
 405     smc_tree_mutex = g_mutex_new();
 406 }
 407
 408 static inline void
 409 g_mutex_lock_a (GMutex *mutex,
 410                 guint  *contention_counter)
 411 {
 412   gboolean contention = FALSE;
 413   if (!g_mutex_trylock (mutex))
 414     {
 415       g_mutex_lock (mutex);
 416       contention = TRUE;
 417     }
 418   if (contention)
 419     {
 420       allocator->mutex_counter++;
 421       if (allocator->mutex_counter >= 1)        /* quickly adapt to contention */
 422         {
 423           allocator->mutex_counter = 0;
 424           *contention_counter = MIN (*contention_counter + 1, MAX_MAGAZINE_SIZE);
 425         }
 426     }
 427   else /* !contention */
 428     {
 429       allocator->mutex_counter--;
 430       if (allocator->mutex_counter < -11)       /* moderately recover magazine sizes */
 431         {
 432           allocator->mutex_counter = 0;
 433           *contention_counter = MAX (*contention_counter, 1) - 1;
 434         }
 435     }
 436 }
 437
 438 static inline ThreadMemory*
 439 thread_memory_from_self (void)
 440 {
 441   ThreadMemory *tmem = g_private_get (private_thread_memory);
 442   if (G_UNLIKELY (!tmem))
 443     {
 444       static ThreadMemory *single_thread_memory = NULL;   /* remember single-thread info for multi-threaded case */
 445       if (single_thread_memory && g_thread_supported ())
 446         {
 447           g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 448           if (single_thread_memory)
 449             {
 450               /* GSlice has been used before g_thread_init(), and now
 451                * we are running threaded. to cope with it, use the saved
 452                * thread memory structure from when we weren't threaded.
 453                */
 454               tmem = single_thread_memory;
 455               single_thread_memory = NULL;      /* slab_mutex protected when multi-threaded */
 456             }
 457           g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 458         }
 459       if (!tmem)
 460         {
 461           const guint n_magazines = MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 462           tmem = g_malloc0 (sizeof (ThreadMemory) + sizeof (Magazine) * 2 * n_magazines);
 463           tmem->magazine1 = (Magazine*) (tmem + 1);
 464           tmem->magazine2 = &tmem->magazine1[n_magazines];
 465         }
 466       /* g_private_get/g_private_set works in the single-threaded xor the multi-
 467        * threaded case. but not *across* g_thread_init(), after multi-thread
 468        * initialization it returns NULL for previously set single-thread data.
 469        */
 470       g_private_set (private_thread_memory, tmem);
 471       /* save single-thread thread memory structure, in case we need to
 472        * pick it up again after multi-thread initialization happened.
 473        */
 474       if (!single_thread_memory && !g_thread_supported ())
 475         single_thread_memory = tmem;            /* no slab_mutex created yet */
 476     }
 477   return tmem;
 478 }
 479
 480 static inline ChunkLink*
 481 magazine_chain_pop_head (ChunkLink **magazine_chunks)
 482 {
 483   /* magazine chains are linked via ChunkLink->next.
 484    * each ChunkLink->data of the toplevel chain may point to a subchain,
 485    * linked via ChunkLink->next. ChunkLink->data of the subchains just
 486    * contains uninitialized junk.
 487    */
 488   ChunkLink *chunk = (*magazine_chunks)->data;
 489   if (G_UNLIKELY (chunk))
 490     {
 491       /* allocating from freed list */
 492       (*magazine_chunks)->data = chunk->next;
 493     }
 494   else
 495     {
 496       chunk = *magazine_chunks;
 497       *magazine_chunks = chunk->next;
 498     }
 499   return chunk;
 500 }
 501
 502 #if 0 /* useful for debugging */
 503 static guint
 504 magazine_count (ChunkLink *head)
 505 {
 506   guint count = 0;
 507   if (!head)
 508     return 0;
 509   while (head)
 510     {
 511       ChunkLink *child = head->data;
 512       count += 1;
 513       for (child = head->data; child; child = child->next)
 514         count += 1;
 515       head = head->next;
 516     }
 517   return count;
 518 }
 519 #endif
 520
 521 static inline gsize
 522 allocator_get_magazine_threshold (Allocator *allocator,
 523                                   guint      ix)
 524 {
 525   /* the magazine size calculated here has a lower bound of MIN_MAGAZINE_SIZE,
 526    * which is required by the implementation. also, for moderately sized chunks
 527    * (say >= 64 bytes), magazine sizes shouldn't be much smaller then the number
 528    * of chunks available per page/2 to avoid excessive traffic in the magazine
 529    * cache for small to medium sized structures.
 530    * the upper bound of the magazine size is effectively provided by
 531    * MAX_MAGAZINE_SIZE. for larger chunks, this number is scaled down so that
 532    * the content of a single magazine doesn't exceed ca. 16KB.
 533    */
 534   gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 535   guint threshold = MAX (MIN_MAGAZINE_SIZE, allocator->max_page_size / MAX (5 * chunk_size, 5 * 32));
 536   guint contention_counter = allocator->contention_counters[ix];
 537   if (G_UNLIKELY (contention_counter))  /* single CPU bias */
 538     {
 539       /* adapt contention counter thresholds to chunk sizes */
 540       contention_counter = contention_counter * 64 / chunk_size;
 541       threshold = MAX (threshold, contention_counter);
 542     }
 543   return threshold;
 544 }
 545
 546 /* --- magazine cache --- */
 547 static inline void
 548 magazine_cache_update_stamp (void)
 549 {
 550   if (allocator->stamp_counter >= MAX_STAMP_COUNTER)
 551     {
 552       GTimeVal tv;
 553       g_get_current_time (&tv);
 554       allocator->last_stamp = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000; /* milli seconds */
 555       allocator->stamp_counter = 0;
 556     }
 557   else
 558     allocator->stamp_counter++;
 559 }
 560
 561 static inline ChunkLink*
 562 magazine_chain_prepare_fields (ChunkLink *magazine_chunks)
 563 {
 564   ChunkLink *chunk1;
 565   ChunkLink *chunk2;
 566   ChunkLink *chunk3;
 567   ChunkLink *chunk4;
 568   /* checked upon initialization: mem_assert (MIN_MAGAZINE_SIZE >= 4); */
 569   /* ensure a magazine with at least 4 unused data pointers */
 570   chunk1 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 571   chunk2 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 572   chunk3 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 573   chunk4 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 574   chunk4->next = magazine_chunks;
 575   chunk3->next = chunk4;
 576   chunk2->next = chunk3;
 577   chunk1->next = chunk2;
 578   return chunk1;
 579 }
 580
 581 /* access the first 3 fields of a specially prepared magazine chain */
 582 #define magazine_chain_prev(mc)         ((mc)->data)
 583 #define magazine_chain_stamp(mc)        ((mc)->next->data)
 584 #define magazine_chain_uint_stamp(mc)   GPOINTER_TO_UINT ((mc)->next->data)
 585 #define magazine_chain_next(mc)         ((mc)->next->next->data)
 586 #define magazine_chain_count(mc)        ((mc)->next->next->next->data)
 587
 588 static void
 589 magazine_cache_trim (Allocator *allocator,
 590                      guint      ix,
 591                      guint      stamp)
 592 {
 593   /* g_mutex_lock (allocator->mutex); done by caller */
 594   /* trim magazine cache from tail */
 595   ChunkLink *current = magazine_chain_prev (allocator->magazines[ix]);
 596   ChunkLink *trash = NULL;
 597   while (ABS (stamp - magazine_chain_uint_stamp (current)) >= allocator->config.working_set_msecs)
 598     {
 599       /* unlink */
 600       ChunkLink *prev = magazine_chain_prev (current);
 601       ChunkLink *next = magazine_chain_next (current);
 602       magazine_chain_next (prev) = next;
 603       magazine_chain_prev (next) = prev;
 604       /* clear special fields, put on trash stack */
 605       magazine_chain_next (current) = NULL;
 606       magazine_chain_count (current) = NULL;
 607       magazine_chain_stamp (current) = NULL;
 608       magazine_chain_prev (current) = trash;
 609       trash = current;
 610       /* fixup list head if required */
 611       if (current == allocator->magazines[ix])
 612         {
 613           allocator->magazines[ix] = NULL;
 614           break;
 615         }
 616       current = prev;
 617     }
 618   g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 619   /* free trash */
 620   if (trash)
 621     {
 622       const gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 623       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 624       while (trash)
 625         {
 626           current = trash;
 627           trash = magazine_chain_prev (current);
 628           magazine_chain_prev (current) = NULL; /* clear special field */
 629           while (current)
 630             {
 631               ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&current);
 632               slab_allocator_free_chunk (chunk_size, chunk);
 633             }
 634         }
 635       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 636     }
 637 }
 638
 639 static void
 640 magazine_cache_push_magazine (guint      ix,
 641                               ChunkLink *magazine_chunks,
 642                               gsize      count) /* must be >= MIN_MAGAZINE_SIZE */
 643 {
 644   ChunkLink *current = magazine_chain_prepare_fields (magazine_chunks);
 645   ChunkLink *next, *prev;
 646   g_mutex_lock (allocator->magazine_mutex);
 647   /* add magazine at head */
 648   next = allocator->magazines[ix];
 649   if (next)
 650     prev = magazine_chain_prev (next);
 651   else
 652     next = prev = current;
 653   magazine_chain_next (prev) = current;
 654   magazine_chain_prev (next) = current;
 655   magazine_chain_prev (current) = prev;
 656   magazine_chain_next (current) = next;
 657   magazine_chain_count (current) = (gpointer) count;
 658   /* stamp magazine */
 659   magazine_cache_update_stamp();
 660   magazine_chain_stamp (current) = GUINT_TO_POINTER (allocator->last_stamp);
 661   allocator->magazines[ix] = current;
 662   /* free old magazines beyond a certain threshold */
 663   magazine_cache_trim (allocator, ix, allocator->last_stamp);
 664   /* g_mutex_unlock (allocator->mutex); was done by magazine_cache_trim() */
 665 }
 666
 667 static ChunkLink*
 668 magazine_cache_pop_magazine (guint  ix,
 669                              gsize *countp)
 670 {
 671   g_mutex_lock_a (allocator->magazine_mutex, &allocator->contention_counters[ix]);
 672   if (!allocator->magazines[ix])
 673     {
 674       guint magazine_threshold = allocator_get_magazine_threshold (allocator, ix);
 675       gsize i, chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 676       ChunkLink *chunk, *head;
 677       g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 678       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 679       head = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 680       head->data = NULL;
 681       chunk = head;
 682       for (i = 1; i < magazine_threshold; i++)
 683         {
 684           chunk->next = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 685           chunk = chunk->next;
 686           chunk->data = NULL;
 687         }
 688       chunk->next = NULL;
 689       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 690       *countp = i;
 691       return head;
 692     }
 693   else
 694     {
 695       ChunkLink *current = allocator->magazines[ix];
 696       ChunkLink *prev = magazine_chain_prev (current);
 697       ChunkLink *next = magazine_chain_next (current);
 698       /* unlink */
 699       magazine_chain_next (prev) = next;
 700       magazine_chain_prev (next) = prev;
 701       allocator->magazines[ix] = next == current ? NULL : next;
 702       g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 703       /* clear special fields and hand out */
 704       *countp = (gsize) magazine_chain_count (current);
 705       magazine_chain_prev (current) = NULL;
 706       magazine_chain_next (current) = NULL;
 707       magazine_chain_count (current) = NULL;
 708       magazine_chain_stamp (current) = NULL;
 709       return current;
 710     }
 711 }
 712
 713 /* --- thread magazines --- */
 714 static void
 715 private_thread_memory_cleanup (gpointer data)
 716 {
 717   ThreadMemory *tmem = data;
 718   const guint n_magazines = MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 719   guint ix;
 720   for (ix = 0; ix < n_magazines; ix++)
 721     {
 722       Magazine *mags[2];
 723       guint j;
 724       mags[0] = &tmem->magazine1[ix];
 725       mags[1] = &tmem->magazine2[ix];
 726       for (j = 0; j < 2; j++)
 727         {
 728           Magazine *mag = mags[j];
 729           if (mag->count >= MIN_MAGAZINE_SIZE)
 730             magazine_cache_push_magazine (ix, mag->chunks, mag->count);
 731           else
 732             {
 733               const gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 734               g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 735               while (mag->chunks)
 736                 {
 737                   ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&mag->chunks);
 738                   slab_allocator_free_chunk (chunk_size, chunk);
 739                 }
 740               g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 741             }
 742         }
 743     }
 744   g_free (tmem);
 745 }
 746
 747 static void
 748 thread_memory_magazine1_reload (ThreadMemory *tmem,
 749                                 guint         ix)
 750 {
 751   Magazine *mag = &tmem->magazine1[ix];
 752   mem_assert (mag->chunks == NULL); /* ensure that we may reset mag->count */
 753   mag->count = 0;
 754   mag->chunks = magazine_cache_pop_magazine (ix, &mag->count);
 755 }
 756
 757 static void
 758 thread_memory_magazine2_unload (ThreadMemory *tmem,
 759                                 guint         ix)
 760 {
 761   Magazine *mag = &tmem->magazine2[ix];
 762   magazine_cache_push_magazine (ix, mag->chunks, mag->count);
 763   mag->chunks = NULL;
 764   mag->count = 0;
 765 }
 766
 767 static inline void
 768 thread_memory_swap_magazines (ThreadMemory *tmem,
 769                               guint         ix)
 770 {
 771   Magazine xmag = tmem->magazine1[ix];
 772   tmem->magazine1[ix] = tmem->magazine2[ix];
 773   tmem->magazine2[ix] = xmag;
 774 }
 775
 776 static inline gboolean
 777 thread_memory_magazine1_is_empty (ThreadMemory *tmem,
 778                                   guint         ix)
 779 {
 780   return tmem->magazine1[ix].chunks == NULL;
 781 }
 782
 783 static inline gboolean
 784 thread_memory_magazine2_is_full (ThreadMemory *tmem,
 785                                  guint         ix)
 786 {
 787   return tmem->magazine2[ix].count >= allocator_get_magazine_threshold (allocator, ix);
 788 }
 789
 790 static inline gpointer
 791 thread_memory_magazine1_alloc (ThreadMemory *tmem,
 792                                guint         ix)
 793 {
 794   Magazine *mag = &tmem->magazine1[ix];
 795   ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&mag->chunks);
 796   if (G_LIKELY (mag->count > 0))
 797     mag->count--;
 798   return chunk;
 799 }
 800
 801 static inline void
 802 thread_memory_magazine2_free (ThreadMemory *tmem,
 803                               guint         ix,
 804                               gpointer      mem)
 805 {
 806   Magazine *mag = &tmem->magazine2[ix];
 807   ChunkLink *chunk = mem;
 808   chunk->data = NULL;
 809   chunk->next = mag->chunks;
 810   mag->chunks = chunk;
 811   mag->count++;
 812 }
 813
 814 /* --- API functions --- */
 815 gpointer
 816 g_slice_alloc (gsize mem_size)
 817 {
 818   gsize chunk_size;
 819   gpointer mem;
 820   guint acat;
 821   chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 822   acat = allocator_categorize (chunk_size);
 823   if (G_LIKELY (acat == 1))     /* allocate through magazine layer */
 824     {
 825       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 826       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 827       if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine1_is_empty (tmem, ix)))
 828         {
 829           thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 830           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine1_is_empty (tmem, ix)))
 831             thread_memory_magazine1_reload (tmem, ix);
 832         }
 833       mem = thread_memory_magazine1_alloc (tmem, ix);
 834     }
 835   else if (acat == 2)           /* allocate through slab allocator */
 836     {
 837       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 838       mem = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 839       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 840     }
 841   else                          /* delegate to system malloc */
 842     mem = g_malloc (mem_size);
 843   if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks))
 844     smc_notify_alloc (mem, mem_size);
 845
 846   TRACE (GLIB_SLICE_ALLOC((void*)mem, mem_size));
 847
 848   return mem;
 849 }
 850
 851 gpointer
 852 g_slice_alloc0 (gsize mem_size)
 853 {
 854   gpointer mem = g_slice_alloc (mem_size);
 855   if (mem)
 856     memset (mem, 0, mem_size);
 857   return mem;
 858 }
 859
 860 gpointer
 861 g_slice_copy (gsize         mem_size,
 862               gconstpointer mem_block)
 863 {
 864   gpointer mem = g_slice_alloc (mem_size);
 865   if (mem)
 866     memcpy (mem, mem_block, mem_size);
 867   return mem;
 868 }
 869
 870 void
 871 g_slice_free1 (gsize    mem_size,
 872                gpointer mem_block)
 873 {
 874   gsize chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 875   guint acat = allocator_categorize (chunk_size);
 876   if (G_UNLIKELY (!mem_block))
 877     return;
 878   if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 879       !smc_notify_free (mem_block, mem_size))
 880     abort();
 881   if (G_LIKELY (acat == 1))             /* allocate through magazine layer */
 882     {
 883       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 884       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 885       if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 886         {
 887           thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 888           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 889             thread_memory_magazine2_unload (tmem, ix);
 890         }
 891       if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 892         memset (mem_block, 0, chunk_size);
 893       thread_memory_magazine2_free (tmem, ix, mem_block);
 894     }
 895   else if (acat == 2)                   /* allocate through slab allocator */
 896     {
 897       if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 898         memset (mem_block, 0, chunk_size);
 899       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 900       slab_allocator_free_chunk (chunk_size, mem_block);
 901       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 902     }
 903   else                                  /* delegate to system malloc */
 904     {
 905       if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 906         memset (mem_block, 0, mem_size);
 907       g_free (mem_block);
 908     }
 909   TRACE (GLIB_SLICE_FREE((void*)mem_block, mem_size));
 910 }
 911
 912 void
 913 g_slice_free_chain_with_offset (gsize    mem_size,
 914                                 gpointer mem_chain,
 915                                 gsize    next_offset)
 916 {
 917   gpointer slice = mem_chain;
 918   /* while the thread magazines and the magazine cache are implemented so that
 919    * they can easily be extended to allow for free lists containing more free
 920    * lists for the first level nodes, which would allow O(1) freeing in this
 921    * function, the benefit of such an extension is questionable, because:
 922    * - the magazine size counts will become mere lower bounds which confuses
 923    *   the code adapting to lock contention;
 924    * - freeing a single node to the thread magazines is very fast, so this
 925    *   O(list_length) operation is multiplied by a fairly small factor;
 926    * - memory usage histograms on larger applications seem to indicate that
 927    *   the amount of released multi node lists is negligible in comparison
 928    *   to single node releases.
 929    * - the major performance bottle neck, namely g_private_get() or
 930    *   g_mutex_lock()/g_mutex_unlock() has already been moved out of the
 931    *   inner loop for freeing chained slices.
 932    */
 933   gsize chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 934   guint acat = allocator_categorize (chunk_size);
 935   if (G_LIKELY (acat == 1))             /* allocate through magazine layer */
 936     {
 937       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 938       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 939       while (slice)
 940         {
 941           guint8 *current = slice;
 942           slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 943           if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 944               !smc_notify_free (current, mem_size))
 945             abort();
 946           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 947             {
 948               thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 949               if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 950                 thread_memory_magazine2_unload (tmem, ix);
 951             }
 952           if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 953             memset (current, 0, chunk_size);
 954           thread_memory_magazine2_free (tmem, ix, current);
 955         }
 956     }
 957   else if (acat == 2)                   /* allocate through slab allocator */
 958     {
 959       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 960       while (slice)
 961         {
 962           guint8 *current = slice;
 963           slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 964           if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 965               !smc_notify_free (current, mem_size))
 966             abort();
 967           if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 968             memset (current, 0, chunk_size);
 969           slab_allocator_free_chunk (chunk_size, current);
 970         }
 971       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 972     }
 973   else                                  /* delegate to system malloc */
 974     while (slice)
 975       {
 976         guint8 *current = slice;
 977         slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 978         if (G_UNLIKELY (allocator->config.debug_blocks) &&
 979             !smc_notify_free (current, mem_size))
 980           abort();
 981         if (G_UNLIKELY (g_mem_gc_friendly))
 982           memset (current, 0, mem_size);
 983         g_free (current);
 984       }
 985 }
 986
 987 /* --- single page allocator --- */
 988 static void
 989 allocator_slab_stack_push (Allocator *allocator,
 990                            guint      ix,
 991                            SlabInfo  *sinfo)
 992 {
 993   /* insert slab at slab ring head */
 994   if (!allocator->slab_stack[ix])
 995     {
 996       sinfo->next = sinfo;
 997       sinfo->prev = sinfo;
 998     }
 999   else
1000     {
1001       SlabInfo *next = allocator->slab_stack[ix], *prev = next->prev;
1002       next->prev = sinfo;
1003       prev->next = sinfo;
1004       sinfo->next = next;
1005       sinfo->prev = prev;
1006     }
1007   allocator->slab_stack[ix] = sinfo;
1008 }
1009
1010 static gsize
1011 allocator_aligned_page_size (Allocator *allocator,
1012                              gsize      n_bytes)
1013 {
1014   gsize val = 1 << g_bit_storage (n_bytes - 1);
1015   val = MAX (val, allocator->min_page_size);
1016   return val;
1017 }
1018
1019 static void
1020 allocator_add_slab (Allocator *allocator,
1021                     guint      ix,
1022                     gsize      chunk_size)
1023 {
1024   ChunkLink *chunk;
1025   SlabInfo *sinfo;
1026   gsize addr, padding, n_chunks, color = 0;
1027   gsize page_size = allocator_aligned_page_size (allocator, SLAB_BPAGE_SIZE (allocator, chunk_size));
1028   /* allocate 1 page for the chunks and the slab */
1029   gpointer aligned_memory = allocator_memalign (page_size, page_size - NATIVE_MALLOC_PADDING);
1030   guint8 *mem = aligned_memory;
1031   guint i;
1032   if (!mem)
1033     {
1034       const gchar *syserr = "unknown error";
1035 #if HAVE_STRERROR
1036       syserr = strerror (errno);
1037 #endif
1038       mem_error ("failed to allocate %u bytes (alignment: %u): %s\n",
1039                  (guint) (page_size - NATIVE_MALLOC_PADDING), (guint) page_size, syserr);
1040     }
1041   /* mask page adress */
1042   addr = ((gsize) mem / page_size) * page_size;
1043   /* assert alignment */
1044   mem_assert (aligned_memory == (gpointer) addr);
1045   /* basic slab info setup */
1046   sinfo = (SlabInfo*) (mem + page_size - SLAB_INFO_SIZE);
1047   sinfo->n_allocated = 0;
1048   sinfo->chunks = NULL;
1049   /* figure cache colorization */
1050   n_chunks = ((guint8*) sinfo - mem) / chunk_size;
1051   padding = ((guint8*) sinfo - mem) - n_chunks * chunk_size;
1052   if (padding)
1053     {
1054       color = (allocator->color_accu * P2ALIGNMENT) % padding;
1055       allocator->color_accu += allocator->config.color_increment;
1056     }
1057   /* add chunks to free list */
1058   chunk = (ChunkLink*) (mem + color);
1059   sinfo->chunks = chunk;
1060   for (i = 0; i < n_chunks - 1; i++)
1061     {
1062       chunk->next = (ChunkLink*) ((guint8*) chunk + chunk_size);
1063       chunk = chunk->next;
1064     }
1065   chunk->next = NULL;   /* last chunk */
1066   /* add slab to slab ring */
1067   allocator_slab_stack_push (allocator, ix, sinfo);
1068 }
1069
1070 static gpointer
1071 slab_allocator_alloc_chunk (gsize chunk_size)
1072 {
1073   ChunkLink *chunk;
1074   guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
1075   /* ensure non-empty slab */
1076   if (!allocator->slab_stack[ix] || !allocator->slab_stack[ix]->chunks)
1077     allocator_add_slab (allocator, ix, chunk_size);
1078   /* allocate chunk */
1079   chunk = allocator->slab_stack[ix]->chunks;
1080   allocator->slab_stack[ix]->chunks = chunk->next;
1081   allocator->slab_stack[ix]->n_allocated++;
1082   /* rotate empty slabs */
1083   if (!allocator->slab_stack[ix]->chunks)
1084     allocator->slab_stack[ix] = allocator->slab_stack[ix]->next;
1085   return chunk;
1086 }
1087
1088 static void
1089 slab_allocator_free_chunk (gsize    chunk_size,
1090                            gpointer mem)
1091 {
1092   ChunkLink *chunk;
1093   gboolean was_empty;
1094   guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
1095   gsize page_size = allocator_aligned_page_size (allocator, SLAB_BPAGE_SIZE (allocator, chunk_size));
1096   gsize addr = ((gsize) mem / page_size) * page_size;
1097   /* mask page adress */
1098   guint8 *page = (guint8*) addr;
1099   SlabInfo *sinfo = (SlabInfo*) (page + page_size - SLAB_INFO_SIZE);
1100   /* assert valid chunk count */
1101   mem_assert (sinfo->n_allocated > 0);
1102   /* add chunk to free list */
1103   was_empty = sinfo->chunks == NULL;
1104   chunk = (ChunkLink*) mem;
1105   chunk->next = sinfo->chunks;
1106   sinfo->chunks = chunk;
1107   sinfo->n_allocated--;
1108   /* keep slab ring partially sorted, empty slabs at end */
1109   if (was_empty)
1110     {
1111       /* unlink slab */
1112       SlabInfo *next = sinfo->next, *prev = sinfo->prev;
1113       next->prev = prev;
1114       prev->next = next;
1115       if (allocator->slab_stack[ix] == sinfo)
1116         allocator->slab_stack[ix] = next == sinfo ? NULL : next;
1117       /* insert slab at head */
1118       allocator_slab_stack_push (allocator, ix, sinfo);
1119     }
1120   /* eagerly free complete unused slabs */
1121   if (!sinfo->n_allocated)
1122     {
1123       /* unlink slab */
1124       SlabInfo *next = sinfo->next, *prev = sinfo->prev;
1125       next->prev = prev;
1126       prev->next = next;
1127       if (allocator->slab_stack[ix] == sinfo)
1128         allocator->slab_stack[ix] = next == sinfo ? NULL : next;
1129       /* free slab */
1130       allocator_memfree (page_size, page);
1131     }
1132 }
1133
1134 /* --- memalign implementation --- */
1135 #ifdef HAVE_MALLOC_H
1136 #include <malloc.h>             /* memalign() */
1137 #endif
1138
1139 /* from config.h:
1140  * define HAVE_POSIX_MEMALIGN           1 // if free(posix_memalign(3)) works, <stdlib.h>
1141  * define HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN 1 // if free(posix_memalign(3)) works for sizes != 2^n, <stdlib.h>
1142  * define HAVE_MEMALIGN                 1 // if free(memalign(3)) works, <malloc.h>
1143  * define HAVE_VALLOC                   1 // if free(valloc(3)) works, <stdlib.h> or <malloc.h>
1144  * if none is provided, we implement malloc(3)-based alloc-only page alignment
1145  */
1146
1147 #if !(HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN || HAVE_VALLOC)
1148 static GTrashStack *compat_valloc_trash = NULL;
1149 #endif
1150
1151 static gpointer
1152 allocator_memalign (gsize alignment,
1153                     gsize memsize)
1154 {
1155   gpointer aligned_memory = NULL;
1156   gint err = ENOMEM;
1157 #if     HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN
1158   err = posix_memalign (&aligned_memory, alignment, memsize);
1159 #elif   HAVE_MEMALIGN
1160   errno = 0;
1161   aligned_memory = memalign (alignment, memsize);
1162   err = errno;
1163 #elif   HAVE_VALLOC
1164   errno = 0;
1165   aligned_memory = valloc (memsize);
1166   err = errno;
1167 #else
1168   /* simplistic non-freeing page allocator */
1169   mem_assert (alignment == sys_page_size);
1170   mem_assert (memsize <= sys_page_size);
1171   if (!compat_valloc_trash)
1172     {
1173       const guint n_pages = 16;
1174       guint8 *mem = malloc (n_pages * sys_page_size);
1175       err = errno;
1176       if (mem)
1177         {
1178           gint i = n_pages;
1179           guint8 *amem = (guint8*) ALIGN ((gsize) mem, sys_page_size);
1180           if (amem != mem)
1181             i--;        /* mem wasn't page aligned */
1182           while (--i >= 0)
1183             g_trash_stack_push (&compat_valloc_trash, amem + i * sys_page_size);
1184         }
1185     }
1186   aligned_memory = g_trash_stack_pop (&compat_valloc_trash);
1187 #endif
1188   if (!aligned_memory)
1189     errno = err;
1190   return aligned_memory;
1191 }
1192
1193 static void
1194 allocator_memfree (gsize    memsize,
1195                    gpointer mem)
1196 {
1197 #if     HAVE_COMPLIANT_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN || HAVE_VALLOC
1198   free (mem);
1199 #else
1200   mem_assert (memsize <= sys_page_size);
1201   g_trash_stack_push (&compat_valloc_trash, mem);
1202 #endif
1203 }
1204
1205 static void
1206 mem_error (const char *format,
1207            ...)
1208 {
1209   const char *pname;
1210   va_list args;
1211   /* at least, put out "MEMORY-ERROR", in case we segfault during the rest of the function */
1212   fputs ("\n***MEMORY-ERROR***: ", stderr);
1213   pname = g_get_prgname();
1214   fprintf (stderr, "%s[%ld]: GSlice: ", pname ? pname : "", (long)getpid());
1215   va_start (args, format);
1216   vfprintf (stderr, format, args);
1217   va_end (args);
1218   fputs ("\n", stderr);
1219   abort();
1220   _exit (1);
1221 }
1222
1223 /* --- g-slice memory checker tree --- */
1224 typedef size_t SmcKType;                /* key type */
1225 typedef size_t SmcVType;                /* value type */
1226 typedef struct {
1227   SmcKType key;
1228   SmcVType value;
1229 } SmcEntry;
1230 static void             smc_tree_insert      (SmcKType  key,
1231                                               SmcVType  value);
1232 static gboolean         smc_tree_lookup      (SmcKType  key,
1233                                               SmcVType *value_p);
1234 static gboolean         smc_tree_remove      (SmcKType  key);
1235
1236
1237 /* --- g-slice memory checker implementation --- */
1238 static void
1239 smc_notify_alloc (void   *pointer,
1240                   size_t  size)
1241 {
1242   size_t adress = (size_t) pointer;
1243   if (pointer)
1244     smc_tree_insert (adress, size);
1245 }
1246
1247 #if 0
1248 static void
1249 smc_notify_ignore (void *pointer)
1250 {
1251   size_t adress = (size_t) pointer;
1252   if (pointer)
1253     smc_tree_remove (adress);
1254 }
1255 #endif
1256
1257 static int
1258 smc_notify_free (void   *pointer,
1259                  size_t  size)
1260 {
1261   size_t adress = (size_t) pointer;
1262   SmcVType real_size;
1263   gboolean found_one;
1264
1265   if (!pointer)
1266     return 1; /* ignore */
1267   found_one = smc_tree_lookup (adress, &real_size);
1268   if (!found_one)
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   if (real_size != size && (real_size || size))
1274     {
1275       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);
1276       return 0;
1277     }
1278   if (!smc_tree_remove (adress))
1279     {
1280       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: attempt to release non-allocated block: %p size=%" G_GSIZE_FORMAT "\n", pointer, size);
1281       return 0;
1282     }
1283   return 1; /* all fine */
1284 }
1285
1286 /* --- g-slice memory checker tree implementation --- */
1287 #define SMC_TRUNK_COUNT     (4093 /* 16381 */)          /* prime, to distribute trunk collisions (big, allocated just once) */
1288 #define SMC_BRANCH_COUNT    (511)                       /* prime, to distribute branch collisions */
1289 #define SMC_TRUNK_EXTENT    (SMC_BRANCH_COUNT * 2039)   /* key adress space per trunk, should distribute uniformly across BRANCH_COUNT */
1290 #define SMC_TRUNK_HASH(k)   ((k / SMC_TRUNK_EXTENT) % SMC_TRUNK_COUNT)  /* generate new trunk hash per megabyte (roughly) */
1291 #define SMC_BRANCH_HASH(k)  (k % SMC_BRANCH_COUNT)
1292
1293 typedef struct {
1294   SmcEntry    *entries;
1295   unsigned int n_entries;
1296 } SmcBranch;
1297
1298 static SmcBranch     **smc_tree_root = NULL;
1299
1300 static void
1301 smc_tree_abort (int errval)
1302 {
1303   const char *syserr = "unknown error";
1304 #if HAVE_STRERROR
1305   syserr = strerror (errval);
1306 #endif
1307   mem_error ("MemChecker: failure in debugging tree: %s", syserr);
1308 }
1309
1310 static inline SmcEntry*
1311 smc_tree_branch_grow_L (SmcBranch   *branch,
1312                         unsigned int index)
1313 {
1314   unsigned int old_size = branch->n_entries * sizeof (branch->entries[0]);
1315   unsigned int new_size = old_size + sizeof (branch->entries[0]);
1316   SmcEntry *entry;
1317   mem_assert (index <= branch->n_entries);
1318   branch->entries = (SmcEntry*) realloc (branch->entries, new_size);
1319   if (!branch->entries)
1320     smc_tree_abort (errno);
1321   entry = branch->entries + index;
1322   g_memmove (entry + 1, entry, (branch->n_entries - index) * sizeof (entry[0]));
1323   branch->n_entries += 1;
1324   return entry;
1325 }
1326
1327 static inline SmcEntry*
1328 smc_tree_branch_lookup_nearest_L (SmcBranch *branch,
1329                                   SmcKType   key)
1330 {
1331   unsigned int n_nodes = branch->n_entries, offs = 0;
1332   SmcEntry *check = branch->entries;
1333   int cmp = 0;
1334   while (offs < n_nodes)
1335     {
1336       unsigned int i = (offs + n_nodes) >> 1;
1337       check = branch->entries + i;
1338       cmp = key < check->key ? -1 : key != check->key;
1339       if (cmp == 0)
1340         return check;                   /* return exact match */
1341       else if (cmp < 0)
1342         n_nodes = i;
1343       else /* (cmp > 0) */
1344         offs = i + 1;
1345     }
1346   /* check points at last mismatch, cmp > 0 indicates greater key */
1347   return cmp > 0 ? check + 1 : check;   /* return insertion position for inexact match */
1348 }
1349
1350 static void
1351 smc_tree_insert (SmcKType key,
1352                  SmcVType value)
1353 {
1354   unsigned int ix0, ix1;
1355   SmcEntry *entry;
1356
1357   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1358   ix0 = SMC_TRUNK_HASH (key);
1359   ix1 = SMC_BRANCH_HASH (key);
1360   if (!smc_tree_root)
1361     {
1362       smc_tree_root = calloc (SMC_TRUNK_COUNT, sizeof (smc_tree_root[0]));
1363       if (!smc_tree_root)
1364         smc_tree_abort (errno);
1365     }
1366   if (!smc_tree_root[ix0])
1367     {
1368       smc_tree_root[ix0] = calloc (SMC_BRANCH_COUNT, sizeof (smc_tree_root[0][0]));
1369       if (!smc_tree_root[ix0])
1370         smc_tree_abort (errno);
1371     }
1372   entry = smc_tree_branch_lookup_nearest_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], key);
1373   if (!entry ||                                                                         /* need create */
1374       entry >= smc_tree_root[ix0][ix1].entries + smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries ||   /* need append */
1375       entry->key != key)                                                                /* need insert */
1376     entry = smc_tree_branch_grow_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], entry - smc_tree_root[ix0][ix1].entries);
1377   entry->key = key;
1378   entry->value = value;
1379   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1380 }
1381
1382 static gboolean
1383 smc_tree_lookup (SmcKType  key,
1384                  SmcVType *value_p)
1385 {
1386   SmcEntry *entry = NULL;
1387   unsigned int ix0 = SMC_TRUNK_HASH (key), ix1 = SMC_BRANCH_HASH (key);
1388   gboolean found_one = FALSE;
1389   *value_p = 0;
1390   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1391   if (smc_tree_root && smc_tree_root[ix0])
1392     {
1393       entry = smc_tree_branch_lookup_nearest_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], key);
1394       if (entry &&
1395           entry < smc_tree_root[ix0][ix1].entries + smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries &&
1396           entry->key == key)
1397         {
1398           found_one = TRUE;
1399           *value_p = entry->value;
1400         }
1401     }
1402   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1403   return found_one;
1404 }
1405
1406 static gboolean
1407 smc_tree_remove (SmcKType key)
1408 {
1409   unsigned int ix0 = SMC_TRUNK_HASH (key), ix1 = SMC_BRANCH_HASH (key);
1410   gboolean found_one = FALSE;
1411   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1412   if (smc_tree_root && smc_tree_root[ix0])
1413     {
1414       SmcEntry *entry = smc_tree_branch_lookup_nearest_L (&smc_tree_root[ix0][ix1], key);
1415       if (entry &&
1416           entry < smc_tree_root[ix0][ix1].entries + smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries &&
1417           entry->key == key)
1418         {
1419           unsigned int i = entry - smc_tree_root[ix0][ix1].entries;
1420           smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries -= 1;
1421           g_memmove (entry, entry + 1, (smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries - i) * sizeof (entry[0]));
1422           if (!smc_tree_root[ix0][ix1].n_entries)
1423             {
1424               /* avoid useless pressure on the memory system */
1425               free (smc_tree_root[ix0][ix1].entries);
1426               smc_tree_root[ix0][ix1].entries = NULL;
1427             }
1428           found_one = TRUE;
1429         }
1430     }
1431   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1432   return found_one;
1433 }
1434
1435 #ifdef G_ENABLE_DEBUG
1436 void
1437 g_slice_debug_tree_statistics (void)
1438 {
1439   g_mutex_lock (smc_tree_mutex);
1440   if (smc_tree_root)
1441     {
1442       unsigned int i, j, t = 0, o = 0, b = 0, su = 0, ex = 0, en = 4294967295u;
1443       double tf, bf;
1444       for (i = 0; i < SMC_TRUNK_COUNT; i++)
1445         if (smc_tree_root[i])
1446           {
1447             t++;
1448             for (j = 0; j < SMC_BRANCH_COUNT; j++)
1449               if (smc_tree_root[i][j].n_entries)
1450                 {
1451                   b++;
1452                   su += smc_tree_root[i][j].n_entries;
1453                   en = MIN (en, smc_tree_root[i][j].n_entries);
1454                   ex = MAX (ex, smc_tree_root[i][j].n_entries);
1455                 }
1456               else if (smc_tree_root[i][j].entries)
1457                 o++; /* formerly used, now empty */
1458           }
1459       en = b ? en : 0;
1460       tf = MAX (t, 1.0); /* max(1) to be a valid divisor */
1461       bf = MAX (b, 1.0); /* max(1) to be a valid divisor */
1462       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: %u trunks, %u branches, %u old branches\n", t, b, o);
1463       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: %f branches per trunk, %.2f%% utilization\n",
1464                b / tf,
1465                100.0 - (SMC_BRANCH_COUNT - b / tf) / (0.01 * SMC_BRANCH_COUNT));
1466       fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: %f entries per branch, %u minimum, %u maximum\n",
1467                su / bf, en, ex);
1468     }
1469   else
1470     fprintf (stderr, "GSlice: MemChecker: root=NULL\n");
1471   g_mutex_unlock (smc_tree_mutex);
1472
1473   /* sample statistics (beast + GSLice + 24h scripted core & GUI activity):
1474    *  PID %CPU %MEM   VSZ  RSS      COMMAND
1475    * 8887 30.3 45.8 456068 414856   beast-0.7.1 empty.bse
1476    * $ cat /proc/8887/statm # total-program-size resident-set-size shared-pages text/code data/stack library dirty-pages
1477    * 114017 103714 2354 344 0 108676 0
1478    * $ cat /proc/8887/status
1479    * Name:   beast-0.7.1
1480    * VmSize:   456068 kB
1481    * VmLck:         0 kB
1482    * VmRSS:    414856 kB
1483    * VmData:   434620 kB
1484    * VmStk:        84 kB
1485    * VmExe:      1376 kB
1486    * VmLib:     13036 kB
1487    * VmPTE:       456 kB
1488    * Threads:        3
1489    * (gdb) print g_slice_debug_tree_statistics ()
1490    * GSlice: MemChecker: 422 trunks, 213068 branches, 0 old branches
1491    * GSlice: MemChecker: 504.900474 branches per trunk, 98.81% utilization
1492    * GSlice: MemChecker: 4.965039 entries per branch, 1 minimum, 37 maximum
1493    */
1494 }
1495 #endif /* G_ENABLE_DEBUG */