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 #define _XOPEN_SOURCE 600       /* posix_memalign() */
  21 #include <stdlib.h>             /* posix_memalign() */
  22 #include <string.h>
  23 #include <errno.h>
  24 #include "config.h"
  25 #include "gmem.h"               /* gslice.h */
  26 #include "gthreadinit.h"
  27 #include "galias.h"
  28 #include "glib.h"
  29 #ifdef HAVE_UNISTD_H
  30 #include <unistd.h>             /* sysconf() */
  31 #endif
  32 #ifdef G_OS_WIN32
  33 #include <windows.h>
  34 #include <process.h>
  35 #endif
  36
  37 /* the GSlice allocator is split up into 4 layers, roughly modelled after the slab
  38  * allocator and magazine extensions as outlined in:
  39  * + [Bonwick94] Jeff Bonwick, The slab allocator: An object-caching kernel
  40  *   memory allocator. USENIX 1994, http://citeseer.ist.psu.edu/bonwick94slab.html
  41  * + [Bonwick01] Bonwick and Jonathan Adams, Magazines and vmem: Extending the
  42  *   slab allocator to many cpu's and arbitrary resources.
  43  *   USENIX 2001, http://citeseer.ist.psu.edu/bonwick01magazines.html
  44  * the layers are:
  45  * - the thread magazines. for each (aligned) chunk size, a magazine (a list)
  46  *   of recently freed and soon to be allocated chunks is maintained per thread.
  47  *   this way, most alloc/free requests can be quickly satisfied from per-thread
  48  *   free lists which only require one g_private_get() call to retrive the
  49  *   thread handle.
  50  * - the magazine cache. allocating and freeing chunks to/from threads only
  51  *   occours at magazine sizes from a global depot of magazines. the depot
  52  *   maintaines a 15 second working set of allocated magazines, so full
  53  *   magazines are not allocated and released too often.
  54  *   the chunk size dependent magazine sizes automatically adapt (within limits,
  55  *   see [3]) to lock contention to properly scale performance across a variety
  56  *   of SMP systems.
  57  * - the slab allocator. this allocator allocates slabs (blocks of memory) close
  58  *   to the system page size or multiples thereof which have to be page aligned.
  59  *   the blocks are divided into smaller chunks which are used to satisfy
  60  *   allocations from the upper layers. the space provided by the reminder of
  61  *   the chunk size division is used for cache colorization (random distribution
  62  *   of chunk addresses) to improve processor cache utilization. multiple slabs
  63  *   with the same chunk size are kept in a partially sorted ring to allow O(1)
  64  *   freeing and allocation of chunks (as long as the allocation of an entirely
  65  *   new slab can be avoided).
  66  * - the page allocator. on most modern systems, posix_memalign(3) or
  67  *   memalign(3) should be available, so this is used to allocate blocks with
  68  *   system page size based alignments and sizes or multiples thereof.
  69  *   if no memalign variant is provided, valloc() is used instead and
  70  *   block sizes are limited to the system page size (no multiples thereof).
  71  *   as a fallback, on system without even valloc(), a malloc(3)-based page
  72  *   allocator with alloc-only behaviour is used.
  73  *
  74  * NOTES:
  75  * [1] some systems memalign(3) implementations may rely on boundary tagging for
  76  *     the handed out memory chunks. to avoid excessive page-wise fragmentation,
  77  *     we reserve 2 * sizeof (void*) per block size for the systems memalign(3),
  78  *     specified in NATIVE_MALLOC_PADDING.
  79  * [2] using the slab allocator alone already provides for a fast and efficient
  80  *     allocator, it doesn't properly scale beyond single-threaded uses though.
  81  *     also, the slab allocator implements eager free(3)-ing, i.e. does not
  82  *     provide any form of caching or working set maintenance. so if used alone,
  83  *     it's vulnerable to trashing for sequences of balanced (alloc, free) pairs
  84  *     at certain thresholds.
  85  * [3] magazine sizes are bound by an implementation specific minimum size and
  86  *     a chunk size specific maximum to limit magazine storage sizes to roughly
  87  *     16KB.
  88  * [4] allocating ca. 8 chunks per block/page keeps a good balance between
  89  *     external and internal fragmentation (<= 12.5%). [Bonwick94]
  90  */
  91
  92 /* --- macros and constants --- */
  93 #define LARGEALIGNMENT          (256)
  94 #define P2ALIGNMENT             (2 * sizeof (gsize))                            /* fits 2 pointers (assumed to be 2 * GLIB_SIZEOF_SIZE_T below) */
  95 #define ALIGN(size, base)       ((base) * (gsize) (((size) + (base) - 1) / (base)))
  96 #define NATIVE_MALLOC_PADDING   P2ALIGNMENT                                     /* per-page padding left for native malloc(3) see [1] */
  97 #define SLAB_INFO_SIZE          P2ALIGN (sizeof (SlabInfo) + NATIVE_MALLOC_PADDING)
  98 #define MAX_MAGAZINE_SIZE       (256)                                           /* see [3] and allocator_get_magazine_threshold() for this */
  99 #define MIN_MAGAZINE_SIZE       (4)
 100 #define MAX_STAMP_COUNTER       (7)                                             /* distributes the load of gettimeofday() */
 101 #define MAX_SLAB_CHUNK_SIZE(al) (((al)->max_page_size - SLAB_INFO_SIZE) / 8)    /* we want at last 8 chunks per page, see [4] */
 102 #define MAX_SLAB_INDEX(al)      (SLAB_INDEX (al, MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (al)) + 1)
 103 #define SLAB_INDEX(al, asize)   ((asize) / P2ALIGNMENT - 1)                     /* asize must be P2ALIGNMENT aligned */
 104 #define SLAB_CHUNK_SIZE(al, ix) (((ix) + 1) * P2ALIGNMENT)
 105 #define SLAB_BPAGE_SIZE(al,csz) (8 * (csz) + SLAB_INFO_SIZE)
 106
 107 /* optimized version of ALIGN (size, P2ALIGNMENT) */
 108 #if     GLIB_SIZEOF_SIZE_T * 2 == 8  /* P2ALIGNMENT */
 109 #define P2ALIGN(size)   (((size) + 0x7) & ~(gsize) 0x7)
 110 #elif   GLIB_SIZEOF_SIZE_T * 2 == 16 /* P2ALIGNMENT */
 111 #define P2ALIGN(size)   (((size) + 0xf) & ~(gsize) 0xf)
 112 #else
 113 #define P2ALIGN(size)   ALIGN (size, P2ALIGNMENT)
 114 #endif
 115
 116 /* special helpers to avoid gmessage.c dependency */
 117 static void mem_error (const char *format, ...) G_GNUC_PRINTF (1,2);
 118 #define mem_assert(cond)    do { if (G_LIKELY (cond)) ; else mem_error ("assertion failed: %s", #cond); } while (0)
 119
 120 /* --- structures --- */
 121 typedef struct _ChunkLink      ChunkLink;
 122 typedef struct _SlabInfo       SlabInfo;
 123 typedef struct _CachedMagazine CachedMagazine;
 124 struct _ChunkLink {
 125   ChunkLink *next;
 126   ChunkLink *data;
 127 };
 128 struct _SlabInfo {
 129   ChunkLink *chunks;
 130   guint n_allocated;
 131   SlabInfo *next, *prev;
 132 };
 133 typedef struct {
 134   ChunkLink *chunks;
 135   gsize      count;                     /* approximative chunks list length */
 136 } Magazine;
 137 typedef struct {
 138   Magazine   *magazine1;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 139   Magazine   *magazine2;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 140 } ThreadMemory;
 141 typedef struct {
 142   gboolean always_malloc;
 143   gboolean bypass_magazines;
 144   gsize    working_set_msecs;
 145   guint    color_increment;
 146 } SliceConfig;
 147 typedef struct {
 148   /* const after initialization */
 149   gsize         min_page_size, max_page_size;
 150   SliceConfig   config;
 151   gsize         max_slab_chunk_size_for_magazine_cache;
 152   /* magazine cache */
 153   GMutex       *magazine_mutex;
 154   ChunkLink   **magazines;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 155   guint        *contention_counters;      /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 156   gint          mutex_counter;
 157   guint         stamp_counter;
 158   guint         last_stamp;
 159   /* slab allocator */
 160   GMutex       *slab_mutex;
 161   SlabInfo    **slab_stack;                /* array of MAX_SLAB_INDEX (allocator) */
 162   guint        color_accu;
 163 } Allocator;
 164
 165 /* --- prototypes --- */
 166 static gpointer     slab_allocator_alloc_chunk       (gsize      chunk_size);
 167 static void         slab_allocator_free_chunk        (gsize      chunk_size,
 168                                                       gpointer   mem);
 169 static void         private_thread_memory_cleanup    (gpointer   data);
 170 static gpointer     allocator_memalign               (gsize      alignment,
 171                                                       gsize      memsize);
 172 static void         allocator_memfree                (gsize      memsize,
 173                                                       gpointer   mem);
 174 static inline void  magazine_cache_update_stamp      (void);
 175 static inline gsize allocator_get_magazine_threshold (Allocator *allocator,
 176                                                       guint      ix);
 177
 178 /* --- variables --- */
 179 static GPrivate        *private_thread_memory = NULL;
 180 static gsize            sys_page_size = 0;
 181 static Allocator        allocator[1] = { { 0, }, };
 182 static SliceConfig      slice_config = {
 183   FALSE,        /* always_malloc */
 184   FALSE,        /* bypass_magazines */
 185   15 * 1000,    /* working_set_msecs */
 186   1,            /* color increment, alt: 0x7fffffff */
 187 };
 188
 189 /* --- auxillary funcitons --- */
 190 void
 191 g_slice_set_config (GSliceConfig ckey,
 192                     gint64       value)
 193 {
 194   g_return_if_fail (sys_page_size == 0);
 195   switch (ckey)
 196     {
 197     case G_SLICE_CONFIG_ALWAYS_MALLOC:
 198       slice_config.always_malloc = value != 0;
 199       break;
 200     case G_SLICE_CONFIG_BYPASS_MAGAZINES:
 201       slice_config.bypass_magazines = value != 0;
 202       break;
 203     case G_SLICE_CONFIG_WORKING_SET_MSECS:
 204       slice_config.working_set_msecs = value;
 205       break;
 206     case G_SLICE_CONFIG_COLOR_INCREMENT:
 207       slice_config.color_increment = value;
 208     default: ;
 209     }
 210 }
 211
 212 gint64
 213 g_slice_get_config (GSliceConfig ckey)
 214 {
 215   switch (ckey)
 216     {
 217     case G_SLICE_CONFIG_ALWAYS_MALLOC:
 218       return slice_config.always_malloc;
 219     case G_SLICE_CONFIG_BYPASS_MAGAZINES:
 220       return slice_config.bypass_magazines;
 221     case G_SLICE_CONFIG_WORKING_SET_MSECS:
 222       return slice_config.working_set_msecs;
 223     case G_SLICE_CONFIG_CHUNK_SIZES:
 224       return MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 225     case G_SLICE_CONFIG_COLOR_INCREMENT:
 226       return slice_config.color_increment;
 227     default:
 228       return 0;
 229     }
 230 }
 231
 232 gint64*
 233 g_slice_get_config_state (GSliceConfig ckey,
 234                           gint64       address,
 235                           guint       *n_values)
 236 {
 237   guint i = 0;
 238   g_return_val_if_fail (n_values != NULL, NULL);
 239   *n_values = 0;
 240   switch (ckey)
 241     {
 242       gint64 array[64];
 243     case G_SLICE_CONFIG_CONTENTION_COUNTER:
 244       array[i++] = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, address);
 245       array[i++] = allocator->contention_counters[address];
 246       array[i++] = allocator_get_magazine_threshold (allocator, address);
 247       *n_values = i;
 248       return g_memdup (array, sizeof (array[0]) * *n_values);
 249     default:
 250       return NULL;
 251     }
 252 }
 253
 254 static void
 255 g_slice_init_nomessage (void)
 256 {
 257   /* we may not use g_error() or friends here */
 258   mem_assert (sys_page_size == 0);
 259   mem_assert (MIN_MAGAZINE_SIZE >= 4);
 260
 261 #ifdef G_OS_WIN32
 262   {
 263     SYSTEM_INFO system_info;
 264     GetSystemInfo (&system_info);
 265     sys_page_size = system_info.dwPageSize;
 266   }
 267 #else
 268   sys_page_size = sysconf (_SC_PAGESIZE); /* = sysconf (_SC_PAGE_SIZE); = getpagesize(); */
 269 #endif
 270   mem_assert (sys_page_size >= 2 * LARGEALIGNMENT);
 271   mem_assert ((sys_page_size & (sys_page_size - 1)) == 0);
 272   allocator->config = slice_config;
 273   allocator->min_page_size = sys_page_size;
 274 #if HAVE_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN
 275   /* allow allocation of pages up to 8KB (with 8KB alignment).
 276    * this is useful because many medium to large sized structures
 277    * fit less than 8 times (see [4]) into 4KB pages.
 278    * we allow very small page sizes here, to reduce wastage in
 279    * threads if only small allocations are required (this does
 280    * bear the risk of incresing allocation times and fragmentation
 281    * though).
 282    */
 283   allocator->min_page_size = MAX (allocator->min_page_size, 4096);
 284   allocator->max_page_size = MAX (allocator->min_page_size, 8192);
 285   allocator->min_page_size = MIN (allocator->min_page_size, 128);
 286 #else
 287   /* we can only align to system page size */
 288   allocator->max_page_size = sys_page_size;
 289 #endif
 290   allocator->magazine_mutex = NULL;     /* _g_slice_thread_init_nomessage() */
 291   allocator->magazines = g_new0 (ChunkLink*, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 292   allocator->contention_counters = g_new0 (guint, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 293   allocator->mutex_counter = 0;
 294   allocator->stamp_counter = MAX_STAMP_COUNTER; /* force initial update */
 295   allocator->last_stamp = 0;
 296   allocator->slab_mutex = NULL;         /* _g_slice_thread_init_nomessage() */
 297   allocator->slab_stack = g_new0 (SlabInfo*, MAX_SLAB_INDEX (allocator));
 298   allocator->color_accu = 0;
 299   magazine_cache_update_stamp();
 300   /* values cached for performance reasons */
 301   allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache = MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (allocator);
 302   if (allocator->config.always_malloc || allocator->config.bypass_magazines)
 303     allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache = 0;      /* non-optimized cases */
 304 }
 305
 306 static inline guint
 307 allocator_categorize (gsize aligned_chunk_size)
 308 {
 309   /* speed up the likely path */
 310   if (G_LIKELY (aligned_chunk_size && aligned_chunk_size <= allocator->max_slab_chunk_size_for_magazine_cache))
 311     return 1;           /* use magazine cache */
 312
 313   /* the above will fail (max_slab_chunk_size_for_magazine_cache == 0) if the
 314    * allocator is still uninitialized, or if we are not configured to use the
 315    * magazine cache.
 316    */
 317   if (!sys_page_size)
 318     g_slice_init_nomessage ();
 319   if (!allocator->config.always_malloc &&
 320       aligned_chunk_size &&
 321       aligned_chunk_size <= MAX_SLAB_CHUNK_SIZE (allocator))
 322     {
 323       if (allocator->config.bypass_magazines)
 324         return 2;       /* use slab allocator, see [2] */
 325       return 1;         /* use magazine cache */
 326     }
 327   return 0;             /* use malloc() */
 328 }
 329
 330 void
 331 _g_slice_thread_init_nomessage (void)
 332 {
 333   /* we may not use g_error() or friends here */
 334   if (!sys_page_size)
 335     g_slice_init_nomessage();
 336   private_thread_memory = g_private_new (private_thread_memory_cleanup);
 337   allocator->magazine_mutex = g_mutex_new();
 338   allocator->slab_mutex = g_mutex_new();
 339 }
 340
 341 static inline void
 342 g_mutex_lock_a (GMutex *mutex,
 343                 guint  *contention_counter)
 344 {
 345   gboolean contention = FALSE;
 346   if (!g_mutex_trylock (mutex))
 347     {
 348       g_mutex_lock (mutex);
 349       contention = TRUE;
 350     }
 351   if (contention)
 352     {
 353       allocator->mutex_counter++;
 354       if (allocator->mutex_counter >= 1)        /* quickly adapt to contention */
 355         {
 356           allocator->mutex_counter = 0;
 357           *contention_counter = MIN (*contention_counter + 1, MAX_MAGAZINE_SIZE);
 358         }
 359     }
 360   else /* !contention */
 361     {
 362       allocator->mutex_counter--;
 363       if (allocator->mutex_counter < -11)       /* moderately recover magazine sizes */
 364         {
 365           allocator->mutex_counter = 0;
 366           *contention_counter = MAX (*contention_counter, 1) - 1;
 367         }
 368     }
 369 }
 370
 371 static inline ThreadMemory*
 372 thread_memory_from_self (void)
 373 {
 374   ThreadMemory *tmem = g_private_get (private_thread_memory);
 375   if (G_UNLIKELY (!tmem))
 376     {
 377       const guint n_magazines = MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 378       tmem = g_malloc0 (sizeof (ThreadMemory) + sizeof (Magazine) * 2 * n_magazines);
 379       tmem->magazine1 = (Magazine*) (tmem + 1);
 380       tmem->magazine2 = &tmem->magazine1[n_magazines];
 381       g_private_set (private_thread_memory, tmem);
 382     }
 383   return tmem;
 384 }
 385
 386 static inline ChunkLink*
 387 magazine_chain_pop_head (ChunkLink **magazine_chunks)
 388 {
 389   /* magazine chains are linked via ChunkLink->next.
 390    * each ChunkLink->data of the toplevel chain may point to a subchain,
 391    * linked via ChunkLink->next. ChunkLink->data of the subchains just
 392    * contains uninitialized junk.
 393    */
 394   ChunkLink *chunk = (*magazine_chunks)->data;
 395   if (G_UNLIKELY (chunk))
 396     {
 397       /* allocating from freed list */
 398       (*magazine_chunks)->data = chunk->next;
 399     }
 400   else
 401     {
 402       chunk = *magazine_chunks;
 403       *magazine_chunks = chunk->next;
 404     }
 405   return chunk;
 406 }
 407
 408 #if 0 /* useful for debugging */
 409 static guint
 410 magazine_count (ChunkLink *head)
 411 {
 412   guint count = 0;
 413   if (!head)
 414     return 0;
 415   while (head)
 416     {
 417       ChunkLink *child = head->data;
 418       count += 1;
 419       for (child = head->data; child; child = child->next)
 420         count += 1;
 421       head = head->next;
 422     }
 423   return count;
 424 }
 425 #endif
 426
 427 static inline gsize
 428 allocator_get_magazine_threshold (Allocator *allocator,
 429                                   guint      ix)
 430 {
 431   /* the magazine size calculated here has a lower bound of MIN_MAGAZINE_SIZE,
 432    * which is required by the implementation. also, for moderately sized chunks
 433    * (say >= 64 bytes), magazine sizes shouldn't be much smaller then the number
 434    * of chunks available per page/2 to avoid excessive traffic in the magazine
 435    * cache for small to medium sized structures.
 436    * the upper bound of the magazine size is effectively provided by
 437    * MAX_MAGAZINE_SIZE. for larger chunks, this number is scaled down so that
 438    * the content of a single magazine doesn't exceed ca. 16KB.
 439    */
 440   gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 441   guint threshold = MAX (MIN_MAGAZINE_SIZE, allocator->max_page_size / MAX (5 * chunk_size, 5 * 32));
 442   guint contention_counter = allocator->contention_counters[ix];
 443   if (G_UNLIKELY (contention_counter))  /* single CPU bias */
 444     {
 445       /* adapt contention counter thresholds to chunk sizes */
 446       contention_counter = contention_counter * 64 / chunk_size;
 447       threshold = MAX (threshold, contention_counter);
 448     }
 449   return threshold;
 450 }
 451
 452 /* --- magazine cache --- */
 453 static inline void
 454 magazine_cache_update_stamp (void)
 455 {
 456   if (allocator->stamp_counter >= MAX_STAMP_COUNTER)
 457     {
 458       GTimeVal tv;
 459       g_get_current_time (&tv);
 460       allocator->last_stamp = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000; /* milli seconds */
 461       allocator->stamp_counter = 0;
 462     }
 463   else
 464     allocator->stamp_counter++;
 465 }
 466
 467 static inline ChunkLink*
 468 magazine_chain_prepare_fields (ChunkLink *magazine_chunks)
 469 {
 470   ChunkLink *chunk1;
 471   ChunkLink *chunk2;
 472   ChunkLink *chunk3;
 473   ChunkLink *chunk4;
 474   /* checked upon initialization: mem_assert (MIN_MAGAZINE_SIZE >= 4); */
 475   /* ensure a magazine with at least 4 unused data pointers */
 476   chunk1 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 477   chunk2 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 478   chunk3 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 479   chunk4 = magazine_chain_pop_head (&magazine_chunks);
 480   chunk4->next = magazine_chunks;
 481   chunk3->next = chunk4;
 482   chunk2->next = chunk3;
 483   chunk1->next = chunk2;
 484   return chunk1;
 485 }
 486
 487 /* access the first 3 fields of a specially prepared magazine chain */
 488 #define magazine_chain_prev(mc)         ((mc)->data)
 489 #define magazine_chain_stamp(mc)        ((mc)->next->data)
 490 #define magazine_chain_uint_stamp(mc)   GPOINTER_TO_UINT ((mc)->next->data)
 491 #define magazine_chain_next(mc)         ((mc)->next->next->data)
 492 #define magazine_chain_count(mc)        ((mc)->next->next->next->data)
 493
 494 static void
 495 magazine_cache_trim (Allocator *allocator,
 496                      guint      ix,
 497                      guint      stamp)
 498 {
 499   /* g_mutex_lock (allocator->mutex); done by caller */
 500   /* trim magazine cache from tail */
 501   ChunkLink *current = magazine_chain_prev (allocator->magazines[ix]);
 502   ChunkLink *trash = NULL;
 503   while (ABS (stamp - magazine_chain_uint_stamp (current)) >= allocator->config.working_set_msecs)
 504     {
 505       /* unlink */
 506       ChunkLink *prev = magazine_chain_prev (current);
 507       ChunkLink *next = magazine_chain_next (current);
 508       magazine_chain_next (prev) = next;
 509       magazine_chain_prev (next) = prev;
 510       /* clear special fields, put on trash stack */
 511       magazine_chain_next (current) = NULL;
 512       magazine_chain_count (current) = NULL;
 513       magazine_chain_stamp (current) = NULL;
 514       magazine_chain_prev (current) = trash;
 515       trash = current;
 516       /* fixup list head if required */
 517       if (current == allocator->magazines[ix])
 518         {
 519           allocator->magazines[ix] = NULL;
 520           break;
 521         }
 522       current = prev;
 523     }
 524   g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 525   /* free trash */
 526   if (trash)
 527     {
 528       const gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 529       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 530       while (trash)
 531         {
 532           current = trash;
 533           trash = magazine_chain_prev (current);
 534           magazine_chain_prev (current) = NULL; /* clear special field */
 535           while (current)
 536             {
 537               ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&current);
 538               slab_allocator_free_chunk (chunk_size, chunk);
 539             }
 540         }
 541       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 542     }
 543 }
 544
 545 static void
 546 magazine_cache_push_magazine (guint      ix,
 547                               ChunkLink *magazine_chunks,
 548                               gsize      count) /* must be >= MIN_MAGAZINE_SIZE */
 549 {
 550   ChunkLink *current = magazine_chain_prepare_fields (magazine_chunks);
 551   ChunkLink *next, *prev;
 552   g_mutex_lock (allocator->magazine_mutex);
 553   /* add magazine at head */
 554   next = allocator->magazines[ix];
 555   if (next)
 556     prev = magazine_chain_prev (next);
 557   else
 558     next = prev = current;
 559   magazine_chain_next (prev) = current;
 560   magazine_chain_prev (next) = current;
 561   magazine_chain_prev (current) = prev;
 562   magazine_chain_next (current) = next;
 563   magazine_chain_count (current) = (gpointer) count;
 564   /* stamp magazine */
 565   magazine_cache_update_stamp();
 566   magazine_chain_stamp (current) = GUINT_TO_POINTER (allocator->last_stamp);
 567   allocator->magazines[ix] = current;
 568   /* free old magazines beyond a certain threshold */
 569   magazine_cache_trim (allocator, ix, allocator->last_stamp);
 570   /* g_mutex_unlock (allocator->mutex); was done by magazine_cache_trim() */
 571 }
 572
 573 static ChunkLink*
 574 magazine_cache_pop_magazine (guint  ix,
 575                              gsize *countp)
 576 {
 577   g_mutex_lock_a (allocator->magazine_mutex, &allocator->contention_counters[ix]);
 578   if (!allocator->magazines[ix])
 579     {
 580       guint magazine_threshold = allocator_get_magazine_threshold (allocator, ix);
 581       gsize i, chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 582       ChunkLink *current = NULL;
 583       g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 584       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 585       for (i = 0; i < magazine_threshold; i++)
 586         {
 587           ChunkLink *chunk = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 588           chunk->data = NULL;
 589           chunk->next = current;
 590           current = chunk;
 591         }
 592       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 593       *countp = i;
 594       return current;
 595     }
 596   else
 597     {
 598       ChunkLink *current = allocator->magazines[ix];
 599       ChunkLink *prev = magazine_chain_prev (current);
 600       ChunkLink *next = magazine_chain_next (current);
 601       /* unlink */
 602       magazine_chain_next (prev) = next;
 603       magazine_chain_prev (next) = prev;
 604       allocator->magazines[ix] = next == current ? NULL : next;
 605       g_mutex_unlock (allocator->magazine_mutex);
 606       /* clear special fields and hand out */
 607       *countp = (gsize) magazine_chain_count (current);
 608       magazine_chain_prev (current) = NULL;
 609       magazine_chain_next (current) = NULL;
 610       magazine_chain_count (current) = NULL;
 611       magazine_chain_stamp (current) = NULL;
 612       return current;
 613     }
 614 }
 615
 616 /* --- thread magazines --- */
 617 static void
 618 private_thread_memory_cleanup (gpointer data)
 619 {
 620   ThreadMemory *tmem = data;
 621   const guint n_magazines = MAX_SLAB_INDEX (allocator);
 622   guint ix;
 623   for (ix = 0; ix < n_magazines; ix++)
 624     {
 625       Magazine *mags[2];
 626       guint j;
 627       mags[0] = &tmem->magazine1[ix];
 628       mags[1] = &tmem->magazine2[ix];
 629       for (j = 0; j < 2; j++)
 630         {
 631           Magazine *mag = mags[j];
 632           if (mag->count >= MIN_MAGAZINE_SIZE)
 633             magazine_cache_push_magazine (ix, mag->chunks, mag->count);
 634           else
 635             {
 636               const gsize chunk_size = SLAB_CHUNK_SIZE (allocator, ix);
 637               g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 638               while (mag->chunks)
 639                 {
 640                   ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&mag->chunks);
 641                   slab_allocator_free_chunk (chunk_size, chunk);
 642                 }
 643               g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 644             }
 645         }
 646     }
 647   g_free (tmem);
 648 }
 649
 650 static void
 651 thread_memory_magazine1_reload (ThreadMemory *tmem,
 652                                 guint         ix)
 653 {
 654   Magazine *mag = &tmem->magazine1[ix];
 655   mem_assert (mag->chunks == NULL); /* ensure that we may reset mag->count */
 656   mag->count = 0;
 657   mag->chunks = magazine_cache_pop_magazine (ix, &mag->count);
 658 }
 659
 660 static void
 661 thread_memory_magazine2_unload (ThreadMemory *tmem,
 662                                 guint         ix)
 663 {
 664   Magazine *mag = &tmem->magazine2[ix];
 665   magazine_cache_push_magazine (ix, mag->chunks, mag->count);
 666   mag->chunks = NULL;
 667   mag->count = 0;
 668 }
 669
 670 static inline void
 671 thread_memory_swap_magazines (ThreadMemory *tmem,
 672                               guint         ix)
 673 {
 674   Magazine xmag = tmem->magazine1[ix];
 675   tmem->magazine1[ix] = tmem->magazine2[ix];
 676   tmem->magazine2[ix] = xmag;
 677 }
 678
 679 static inline gboolean
 680 thread_memory_magazine1_is_empty (ThreadMemory *tmem,
 681                                   guint         ix)
 682 {
 683   return tmem->magazine1[ix].chunks == NULL;
 684 }
 685
 686 static inline gboolean
 687 thread_memory_magazine2_is_full (ThreadMemory *tmem,
 688                                  guint         ix)
 689 {
 690   return tmem->magazine2[ix].count >= allocator_get_magazine_threshold (allocator, ix);
 691 }
 692
 693 static inline gpointer
 694 thread_memory_magazine1_alloc (ThreadMemory *tmem,
 695                                guint         ix)
 696 {
 697   Magazine *mag = &tmem->magazine1[ix];
 698   ChunkLink *chunk = magazine_chain_pop_head (&mag->chunks);
 699   if (G_LIKELY (mag->count > 0))
 700     mag->count--;
 701   return chunk;
 702 }
 703
 704 static inline void
 705 thread_memory_magazine2_free (ThreadMemory *tmem,
 706                               guint         ix,
 707                               gpointer      mem)
 708 {
 709   Magazine *mag = &tmem->magazine2[ix];
 710   ChunkLink *chunk = mem;
 711   chunk->data = NULL;
 712   chunk->next = mag->chunks;
 713   mag->chunks = chunk;
 714   mag->count++;
 715 }
 716
 717 /* --- API functions --- */
 718 gpointer
 719 g_slice_alloc (gsize mem_size)
 720 {
 721   gsize chunk_size;
 722   gpointer mem;
 723   guint acat;
 724   chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 725   acat = allocator_categorize (chunk_size);
 726   if (G_LIKELY (acat == 1))     /* allocate through magazine layer */
 727     {
 728       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 729       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 730       if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine1_is_empty (tmem, ix)))
 731         {
 732           thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 733           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine1_is_empty (tmem, ix)))
 734             thread_memory_magazine1_reload (tmem, ix);
 735         }
 736       mem = thread_memory_magazine1_alloc (tmem, ix);
 737     }
 738   else if (acat == 2)           /* allocate through slab allocator */
 739     {
 740       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 741       mem = slab_allocator_alloc_chunk (chunk_size);
 742       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 743     }
 744   else                          /* delegate to system malloc */
 745     mem = g_malloc (mem_size);
 746   return mem;
 747 }
 748
 749 gpointer
 750 g_slice_alloc0 (gsize mem_size)
 751 {
 752   gpointer mem = g_slice_alloc (mem_size);
 753   if (mem)
 754     memset (mem, 0, mem_size);
 755   return mem;
 756 }
 757
 758 void
 759 g_slice_free1 (gsize    mem_size,
 760                gpointer mem_block)
 761 {
 762   gsize chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 763   guint acat = allocator_categorize (chunk_size);
 764   if (G_UNLIKELY (!mem_block))
 765     /* pass */;
 766   else if (G_LIKELY (acat == 1))        /* allocate through magazine layer */
 767     {
 768       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 769       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 770       if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 771         {
 772           thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 773           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 774             thread_memory_magazine2_unload (tmem, ix);
 775         }
 776       thread_memory_magazine2_free (tmem, ix, mem_block);
 777     }
 778   else if (acat == 2)                   /* allocate through slab allocator */
 779     {
 780       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 781       slab_allocator_free_chunk (chunk_size, mem_block);
 782       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 783     }
 784   else                                  /* delegate to system malloc */
 785     g_free (mem_block);
 786 }
 787
 788 void
 789 g_slice_free_chain_with_offset (gsize    mem_size,
 790                                 gpointer mem_chain,
 791                                 gsize    next_offset)
 792 {
 793   gpointer slice = mem_chain;
 794   /* while the thread magazines and the magazine cache are implemented so that
 795    * they can easily be extended to allow for free lists containing more free
 796    * lists for the first level nodes, which would allow O(1) freeing in this
 797    * function, the benefit of such an extension is questionable, because:
 798    * - the magazine size counts will become mere lower bounds which confuses
 799    *   the code adapting to lock contention;
 800    * - freeing a single node to the thread magazines is very fast, so this
 801    *   O(list_length) operation is multiplied by a fairly small factor;
 802    * - memory usage histograms on larger applications seem to indicate that
 803    *   the amount of released multi node lists is negligible in comparison
 804    *   to single node releases.
 805    * - the major performance bottle neck, namely g_private_get() or
 806    *   g_mutex_lock()/g_mutex_unlock() has already been moved out of the
 807    *   inner loop for freeing chained slices.
 808    */
 809   gsize chunk_size = P2ALIGN (mem_size);
 810   guint acat = allocator_categorize (chunk_size);
 811   if (G_LIKELY (acat == 1))             /* allocate through magazine layer */
 812     {
 813       ThreadMemory *tmem = thread_memory_from_self();
 814       guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 815       while (slice)
 816         {
 817           guint8 *current = slice;
 818           slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 819           if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 820             {
 821               thread_memory_swap_magazines (tmem, ix);
 822               if (G_UNLIKELY (thread_memory_magazine2_is_full (tmem, ix)))
 823                 thread_memory_magazine2_unload (tmem, ix);
 824             }
 825           thread_memory_magazine2_free (tmem, ix, current);
 826         }
 827     }
 828   else if (acat == 2)                   /* allocate through slab allocator */
 829     {
 830       g_mutex_lock (allocator->slab_mutex);
 831       while (slice)
 832         {
 833           guint8 *current = slice;
 834           slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 835           slab_allocator_free_chunk (chunk_size, current);
 836         }
 837       g_mutex_unlock (allocator->slab_mutex);
 838     }
 839   else                                  /* delegate to system malloc */
 840     while (slice)
 841       {
 842         guint8 *current = slice;
 843         slice = *(gpointer*) (current + next_offset);
 844         g_free (current);
 845       }
 846 }
 847
 848 /* --- single page allocator --- */
 849 static void
 850 allocator_slab_stack_push (Allocator *allocator,
 851                            guint      ix,
 852                            SlabInfo  *sinfo)
 853 {
 854   /* insert slab at slab ring head */
 855   if (!allocator->slab_stack[ix])
 856     {
 857       sinfo->next = sinfo;
 858       sinfo->prev = sinfo;
 859     }
 860   else
 861     {
 862       SlabInfo *next = allocator->slab_stack[ix], *prev = next->prev;
 863       next->prev = sinfo;
 864       prev->next = sinfo;
 865       sinfo->next = next;
 866       sinfo->prev = prev;
 867     }
 868   allocator->slab_stack[ix] = sinfo;
 869 }
 870
 871 static gsize
 872 allocator_aligned_page_size (Allocator *allocator,
 873                              gsize      n_bytes)
 874 {
 875   gsize val = 1 << g_bit_storage (n_bytes - 1);
 876   val = MAX (val, allocator->min_page_size);
 877   return val;
 878 }
 879
 880 static void
 881 allocator_add_slab (Allocator *allocator,
 882                     guint      ix,
 883                     gsize      chunk_size)
 884 {
 885   ChunkLink *chunk;
 886   SlabInfo *sinfo;
 887   gsize addr, padding, n_chunks, color = 0;
 888   gsize page_size = allocator_aligned_page_size (allocator, SLAB_BPAGE_SIZE (allocator, chunk_size));
 889   /* allocate 1 page for the chunks and the slab */
 890   gpointer aligned_memory = allocator_memalign (page_size, page_size - NATIVE_MALLOC_PADDING);
 891   guint8 *mem = aligned_memory;
 892   guint i;
 893   if (!mem)
 894     {
 895       const gchar *syserr = "unknown error";
 896 #if HAVE_STRERROR
 897       syserr = strerror (errno);
 898 #endif
 899       mem_error ("failed to allocate %u bytes (alignment: %u): %s\n",
 900                  (guint) (page_size - NATIVE_MALLOC_PADDING), (guint) page_size, syserr);
 901     }
 902   /* mask page adress */
 903   addr = ((gsize) mem / page_size) * page_size;
 904   /* assert alignment */
 905   mem_assert (aligned_memory == (gpointer) addr);
 906   /* basic slab info setup */
 907   sinfo = (SlabInfo*) (mem + page_size - SLAB_INFO_SIZE);
 908   sinfo->n_allocated = 0;
 909   sinfo->chunks = NULL;
 910   /* figure cache colorization */
 911   n_chunks = ((guint8*) sinfo - mem) / chunk_size;
 912   padding = ((guint8*) sinfo - mem) - n_chunks * chunk_size;
 913   if (padding)
 914     {
 915       color = (allocator->color_accu * P2ALIGNMENT) % padding;
 916       allocator->color_accu += allocator->config.color_increment;
 917     }
 918   /* add chunks to free list */
 919   chunk = (ChunkLink*) (mem + color);
 920   sinfo->chunks = chunk;
 921   for (i = 0; i < n_chunks - 1; i++)
 922     {
 923       chunk->next = (ChunkLink*) ((guint8*) chunk + chunk_size);
 924       chunk = chunk->next;
 925     }
 926   chunk->next = NULL;   /* last chunk */
 927   /* add slab to slab ring */
 928   allocator_slab_stack_push (allocator, ix, sinfo);
 929 }
 930
 931 static gpointer
 932 slab_allocator_alloc_chunk (gsize chunk_size)
 933 {
 934   ChunkLink *chunk;
 935   guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 936   /* ensure non-empty slab */
 937   if (!allocator->slab_stack[ix] || !allocator->slab_stack[ix]->chunks)
 938     allocator_add_slab (allocator, ix, chunk_size);
 939   /* allocate chunk */
 940   chunk = allocator->slab_stack[ix]->chunks;
 941   allocator->slab_stack[ix]->chunks = chunk->next;
 942   allocator->slab_stack[ix]->n_allocated++;
 943   /* rotate empty slabs */
 944   if (!allocator->slab_stack[ix]->chunks)
 945     allocator->slab_stack[ix] = allocator->slab_stack[ix]->next;
 946   return chunk;
 947 }
 948
 949 static void
 950 slab_allocator_free_chunk (gsize    chunk_size,
 951                            gpointer mem)
 952 {
 953   ChunkLink *chunk;
 954   gboolean was_empty;
 955   guint ix = SLAB_INDEX (allocator, chunk_size);
 956   gsize page_size = allocator_aligned_page_size (allocator, SLAB_BPAGE_SIZE (allocator, chunk_size));
 957   gsize addr = ((gsize) mem / page_size) * page_size;
 958   /* mask page adress */
 959   guint8 *page = (guint8*) addr;
 960   SlabInfo *sinfo = (SlabInfo*) (page + page_size - SLAB_INFO_SIZE);
 961   /* assert valid chunk count */
 962   mem_assert (sinfo->n_allocated > 0);
 963   /* add chunk to free list */
 964   was_empty = sinfo->chunks == NULL;
 965   chunk = (ChunkLink*) mem;
 966   chunk->next = sinfo->chunks;
 967   sinfo->chunks = chunk;
 968   sinfo->n_allocated--;
 969   /* keep slab ring partially sorted, empty slabs at end */
 970   if (was_empty)
 971     {
 972       /* unlink slab */
 973       SlabInfo *next = sinfo->next, *prev = sinfo->prev;
 974       next->prev = prev;
 975       prev->next = next;
 976       if (allocator->slab_stack[ix] == sinfo)
 977         allocator->slab_stack[ix] = next == sinfo ? NULL : next;
 978       /* insert slab at head */
 979       allocator_slab_stack_push (allocator, ix, sinfo);
 980     }
 981   /* eagerly free complete unused slabs */
 982   if (!sinfo->n_allocated)
 983     {
 984       /* unlink slab */
 985       SlabInfo *next = sinfo->next, *prev = sinfo->prev;
 986       next->prev = prev;
 987       prev->next = next;
 988       if (allocator->slab_stack[ix] == sinfo)
 989         allocator->slab_stack[ix] = next == sinfo ? NULL : next;
 990       /* free slab */
 991       allocator_memfree (page_size, page);
 992     }
 993 }
 994
 995 /* --- memalign implementation --- */
 996 #include <malloc.h>             /* memalign() */
 997
 998 /* from config.h:
 999  * define HAVE_POSIX_MEMALIGN     1     // if free(posix_memalign(3)) works, <stdlib.h>
1000  * define HAVE_MEMALIGN           1     // if free(memalign(3)) works, <malloc.h>
1001  * define HAVE_VALLOC             1     // if free(valloc(3)) works, <stdlib.h> or <malloc.h>
1002  * if none is provided, we implement malloc(3)-based alloc-only page alignment
1003  */
1004
1005 #if !(HAVE_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN || HAVE_VALLOC)
1006 static GTrashStack *compat_valloc_trash = NULL;
1007 #endif
1008
1009 static gpointer
1010 allocator_memalign (gsize alignment,
1011                     gsize memsize)
1012 {
1013   gpointer aligned_memory = NULL;
1014   gint err = ENOMEM;
1015 #if     HAVE_POSIX_MEMALIGN
1016   err = posix_memalign (&aligned_memory, alignment, memsize);
1017 #elif   HAVE_MEMALIGN
1018   errno = 0;
1019   aligned_memory = memalign (alignment, memsize);
1020   err = errno;
1021 #elif   HAVE_VALLOC
1022   errno = 0;
1023   aligned_memory = valloc (memsize);
1024   err = errno;
1025 #else
1026   /* simplistic non-freeing page allocator */
1027   mem_assert (alignment == sys_page_size);
1028   mem_assert (memsize <= sys_page_size);
1029   if (!compat_valloc_trash)
1030     {
1031       const guint n_pages = 16;
1032       guint8 *mem = malloc (n_pages * sys_page_size);
1033       err = errno;
1034       if (mem)
1035         {
1036           gint i = n_pages;
1037           guint8 *amem = (guint8*) ALIGN ((gsize) mem, sys_page_size);
1038           if (amem != mem)
1039             i--;        /* mem wasn't page aligned */
1040           while (--i >= 0)
1041             g_trash_stack_push (&compat_valloc_trash, amem + i * sys_page_size);
1042         }
1043     }
1044   aligned_memory = g_trash_stack_pop (&compat_valloc_trash);
1045 #endif
1046   if (!aligned_memory)
1047     errno = err;
1048   return aligned_memory;
1049 }
1050
1051 static void
1052 allocator_memfree (gsize    memsize,
1053                    gpointer mem)
1054 {
1055 #if     HAVE_POSIX_MEMALIGN || HAVE_MEMALIGN || HAVE_VALLOC
1056   free (mem);
1057 #else
1058   mem_assert (memsize <= sys_page_size);
1059   g_trash_stack_push (&compat_valloc_trash, mem);
1060 #endif
1061 }
1062
1063 #include <stdio.h>
1064
1065 static void
1066 mem_error (const char *format,
1067            ...)
1068 {
1069   const char *pname;
1070   va_list args;
1071   /* at least, put out "MEMORY-ERROR", in case we segfault during the rest of the function */
1072   fputs ("\n***MEMORY-ERROR***: ", stderr);
1073   pname = g_get_prgname();
1074   fprintf (stderr, "%s[%u]: GSlice: ", pname ? pname : "", getpid());
1075   va_start (args, format);
1076   vfprintf (stderr, format, args);
1077   va_end (args);
1078   fputs ("\n", stderr);
1079   _exit (1);
1080 }
1081
1082 #define __G_SLICE_C__
1083 #include "galiasdef.c"