Update To 11.40.268.0
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / base / tracked_objects.h
1 // Copyright (c) 2012 The Chromium Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3 // found in the LICENSE file.
4
5 #ifndef BASE_TRACKED_OBJECTS_H_
6 #define BASE_TRACKED_OBJECTS_H_
7
8 #include <map>
9 #include <set>
10 #include <stack>
11 #include <string>
12 #include <utility>
13 #include <vector>
14
15 #include "base/base_export.h"
16 #include "base/basictypes.h"
17 #include "base/gtest_prod_util.h"
18 #include "base/lazy_instance.h"
19 #include "base/location.h"
20 #include "base/profiler/alternate_timer.h"
21 #include "base/profiler/tracked_time.h"
22 #include "base/synchronization/lock.h"
23 #include "base/threading/thread_local_storage.h"
24
25 namespace base {
26 struct TrackingInfo;
27 }
28
29 // TrackedObjects provides a database of stats about objects (generally Tasks)
30 // that are tracked.  Tracking means their birth, death, duration, birth thread,
31 // death thread, and birth place are recorded.  This data is carefully spread
32 // across a series of objects so that the counts and times can be rapidly
33 // updated without (usually) having to lock the data, and hence there is usually
34 // very little contention caused by the tracking.  The data can be viewed via
35 // the about:profiler URL, with a variety of sorting and filtering choices.
36 //
37 // These classes serve as the basis of a profiler of sorts for the Tasks system.
38 // As a result, design decisions were made to maximize speed, by minimizing
39 // recurring allocation/deallocation, lock contention and data copying.  In the
40 // "stable" state, which is reached relatively quickly, there is no separate
41 // marginal allocation cost associated with construction or destruction of
42 // tracked objects, no locks are generally employed, and probably the largest
43 // computational cost is associated with obtaining start and stop times for
44 // instances as they are created and destroyed.
45 //
46 // The following describes the lifecycle of tracking an instance.
47 //
48 // First off, when the instance is created, the FROM_HERE macro is expanded
49 // to specify the birth place (file, line, function) where the instance was
50 // created.  That data is used to create a transient Location instance
51 // encapsulating the above triple of information.  The strings (like __FILE__)
52 // are passed around by reference, with the assumption that they are static, and
53 // will never go away.  This ensures that the strings can be dealt with as atoms
54 // with great efficiency (i.e., copying of strings is never needed, and
55 // comparisons for equality can be based on pointer comparisons).
56 //
57 // Next, a Births instance is created for use ONLY on the thread where this
58 // instance was created.  That Births instance records (in a base class
59 // BirthOnThread) references to the static data provided in a Location instance,
60 // as well as a pointer specifying the thread on which the birth takes place.
61 // Hence there is at most one Births instance for each Location on each thread.
62 // The derived Births class contains slots for recording statistics about all
63 // instances born at the same location.  Statistics currently include only the
64 // count of instances constructed.
65 //
66 // Since the base class BirthOnThread contains only constant data, it can be
67 // freely accessed by any thread at any time (i.e., only the statistic needs to
68 // be handled carefully, and stats are updated exclusively on the birth thread).
69 //
70 // For Tasks, having now either constructed or found the Births instance
71 // described above, a pointer to the Births instance is then recorded into the
72 // PendingTask structure in MessageLoop.  This fact alone is very useful in
73 // debugging, when there is a question of where an instance came from.  In
74 // addition, the birth time is also recorded and used to later evaluate the
75 // lifetime duration of the whole Task.  As a result of the above embedding, we
76 // can find out a Task's location of birth, and thread of birth, without using
77 // any locks, as all that data is constant across the life of the process.
78 //
79 // The above work *could* also be done for any other object as well by calling
80 // TallyABirthIfActive() and TallyRunOnNamedThreadIfTracking() as appropriate.
81 //
82 // The amount of memory used in the above data structures depends on how many
83 // threads there are, and how many Locations of construction there are.
84 // Fortunately, we don't use memory that is the product of those two counts, but
85 // rather we only need one Births instance for each thread that constructs an
86 // instance at a Location. In many cases, instances are only created on one
87 // thread, so the memory utilization is actually fairly restrained.
88 //
89 // Lastly, when an instance is deleted, the final tallies of statistics are
90 // carefully accumulated.  That tallying writes into slots (members) in a
91 // collection of DeathData instances.  For each birth place Location that is
92 // destroyed on a thread, there is a DeathData instance to record the additional
93 // death count, as well as accumulate the run-time and queue-time durations for
94 // the instance as it is destroyed (dies).  By maintaining a single place to
95 // aggregate this running sum *only* for the given thread, we avoid the need to
96 // lock such DeathData instances. (i.e., these accumulated stats in a DeathData
97 // instance are exclusively updated by the singular owning thread).
98 //
99 // With the above lifecycle description complete, the major remaining detail is
100 // explaining how each thread maintains a list of DeathData instances, and of
101 // Births instances, and is able to avoid additional (redundant/unnecessary)
102 // allocations.
103 //
104 // Each thread maintains a list of data items specific to that thread in a
105 // ThreadData instance (for that specific thread only).  The two critical items
106 // are lists of DeathData and Births instances.  These lists are maintained in
107 // STL maps, which are indexed by Location. As noted earlier, we can compare
108 // locations very efficiently as we consider the underlying data (file,
109 // function, line) to be atoms, and hence pointer comparison is used rather than
110 // (slow) string comparisons.
111 //
112 // To provide a mechanism for iterating over all "known threads," which means
113 // threads that have recorded a birth or a death, we create a singly linked list
114 // of ThreadData instances. Each such instance maintains a pointer to the next
115 // one.  A static member of ThreadData provides a pointer to the first item on
116 // this global list, and access via that all_thread_data_list_head_ item
117 // requires the use of the list_lock_.
118 // When new ThreadData instances is added to the global list, it is pre-pended,
119 // which ensures that any prior acquisition of the list is valid (i.e., the
120 // holder can iterate over it without fear of it changing, or the necessity of
121 // using an additional lock.  Iterations are actually pretty rare (used
122 // primarilly for cleanup, or snapshotting data for display), so this lock has
123 // very little global performance impact.
124 //
125 // The above description tries to define the high performance (run time)
126 // portions of these classes.  After gathering statistics, calls instigated
127 // by visiting about:profiler will assemble and aggregate data for display.  The
128 // following data structures are used for producing such displays.  They are
129 // not performance critical, and their only major constraint is that they should
130 // be able to run concurrently with ongoing augmentation of the birth and death
131 // data.
132 //
133 // This header also exports collection of classes that provide "snapshotted"
134 // representations of the core tracked_objects:: classes.  These snapshotted
135 // representations are designed for safe transmission of the tracked_objects::
136 // data across process boundaries.  Each consists of:
137 // (1) a default constructor, to support the IPC serialization macros,
138 // (2) a constructor that extracts data from the type being snapshotted, and
139 // (3) the snapshotted data.
140 //
141 // For a given birth location, information about births is spread across data
142 // structures that are asynchronously changing on various threads.  For
143 // serialization and display purposes, we need to construct TaskSnapshot
144 // instances for each combination of birth thread, death thread, and location,
145 // along with the count of such lifetimes.  We gather such data into a
146 // TaskSnapshot instances, so that such instances can be sorted and
147 // aggregated (and remain frozen during our processing).
148 //
149 // The ProcessDataSnapshot struct is a serialized representation of the list
150 // of ThreadData objects for a process.  It holds a set of TaskSnapshots
151 // and tracks parent/child relationships for the executed tasks.  The statistics
152 // in a snapshot are gathered asynhcronously relative to their ongoing updates.
153 // It is possible, though highly unlikely, that stats could be incorrectly
154 // recorded by this process (all data is held in 32 bit ints, but we are not
155 // atomically collecting all data, so we could have count that does not, for
156 // example, match with the number of durations we accumulated).  The advantage
157 // to having fast (non-atomic) updates of the data outweighs the minimal risk of
158 // a singular corrupt statistic snapshot (only the snapshot could be corrupt,
159 // not the underlying and ongoing statistic).  In constrast, pointer data that
160 // is accessed during snapshotting is completely invariant, and hence is
161 // perfectly acquired (i.e., no potential corruption, and no risk of a bad
162 // memory reference).
163 //
164 // TODO(jar): We can implement a Snapshot system that *tries* to grab the
165 // snapshots on the source threads *when* they have MessageLoops available
166 // (worker threads don't have message loops generally, and hence gathering from
167 // them will continue to be asynchronous).  We had an implementation of this in
168 // the past, but the difficulty is dealing with message loops being terminated.
169 // We can *try* to spam the available threads via some message loop proxy to
170 // achieve this feat, and it *might* be valuable when we are colecting data for
171 // upload via UMA (where correctness of data may be more significant than for a
172 // single screen of about:profiler).
173 //
174 // TODO(jar): We should support (optionally) the recording of parent-child
175 // relationships for tasks.  This should be done by detecting what tasks are
176 // Born during the running of a parent task.  The resulting data can be used by
177 // a smarter profiler to aggregate the cost of a series of child tasks into
178 // the ancestor task.  It can also be used to illuminate what child or parent is
179 // related to each task.
180 //
181 // TODO(jar): We need to store DataCollections, and provide facilities for
182 // taking the difference between two gathered DataCollections.  For now, we're
183 // just adding a hack that Reset()s to zero all counts and stats.  This is also
184 // done in a slighly thread-unsafe fashion, as the resetting is done
185 // asynchronously relative to ongoing updates (but all data is 32 bit in size).
186 // For basic profiling, this will work "most of the time," and should be
187 // sufficient... but storing away DataCollections is the "right way" to do this.
188 // We'll accomplish this via JavaScript storage of snapshots, and then we'll
189 // remove the Reset() methods.  We may also need a short-term-max value in
190 // DeathData that is reset (as synchronously as possible) during each snapshot.
191 // This will facilitate displaying a max value for each snapshot period.
192
193 namespace tracked_objects {
194
195 //------------------------------------------------------------------------------
196 // For a specific thread, and a specific birth place, the collection of all
197 // death info (with tallies for each death thread, to prevent access conflicts).
198 class ThreadData;
199 class BASE_EXPORT BirthOnThread {
200  public:
201   BirthOnThread(const Location& location, const ThreadData& current);
202
203   const Location location() const { return location_; }
204   const ThreadData* birth_thread() const { return birth_thread_; }
205
206  private:
207   // File/lineno of birth.  This defines the essence of the task, as the context
208   // of the birth (construction) often tell what the item is for.  This field
209   // is const, and hence safe to access from any thread.
210   const Location location_;
211
212   // The thread that records births into this object.  Only this thread is
213   // allowed to update birth_count_ (which changes over time).
214   const ThreadData* const birth_thread_;
215
216   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(BirthOnThread);
217 };
218
219 //------------------------------------------------------------------------------
220 // A "snapshotted" representation of the BirthOnThread class.
221
222 struct BASE_EXPORT BirthOnThreadSnapshot {
223   BirthOnThreadSnapshot();
224   explicit BirthOnThreadSnapshot(const BirthOnThread& birth);
225   ~BirthOnThreadSnapshot();
226
227   LocationSnapshot location;
228   std::string thread_name;
229 };
230
231 //------------------------------------------------------------------------------
232 // A class for accumulating counts of births (without bothering with a map<>).
233
234 class BASE_EXPORT Births: public BirthOnThread {
235  public:
236   Births(const Location& location, const ThreadData& current);
237
238   int birth_count() const;
239
240   // When we have a birth we update the count for this birthplace.
241   void RecordBirth();
242
243   // When a birthplace is changed (updated), we need to decrement the counter
244   // for the old instance.
245   void ForgetBirth();
246
247   // Hack to quickly reset all counts to zero.
248   void Clear();
249
250  private:
251   // The number of births on this thread for our location_.
252   int birth_count_;
253
254   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(Births);
255 };
256
257 //------------------------------------------------------------------------------
258 // Basic info summarizing multiple destructions of a tracked object with a
259 // single birthplace (fixed Location).  Used both on specific threads, and also
260 // in snapshots when integrating assembled data.
261
262 class BASE_EXPORT DeathData {
263  public:
264   // Default initializer.
265   DeathData();
266
267   // When deaths have not yet taken place, and we gather data from all the
268   // threads, we create DeathData stats that tally the number of births without
269   // a corresponding death.
270   explicit DeathData(int count);
271
272   // Update stats for a task destruction (death) that had a Run() time of
273   // |duration|, and has had a queueing delay of |queue_duration|.
274   void RecordDeath(const int32 queue_duration,
275                    const int32 run_duration,
276                    int random_number);
277
278   // Metrics accessors, used only for serialization and in tests.
279   int count() const;
280   int32 run_duration_sum() const;
281   int32 run_duration_max() const;
282   int32 run_duration_sample() const;
283   int32 queue_duration_sum() const;
284   int32 queue_duration_max() const;
285   int32 queue_duration_sample() const;
286
287   // Reset the max values to zero.
288   void ResetMax();
289
290   // Reset all tallies to zero. This is used as a hack on realtime data.
291   void Clear();
292
293  private:
294   // Members are ordered from most regularly read and updated, to least
295   // frequently used.  This might help a bit with cache lines.
296   // Number of runs seen (divisor for calculating averages).
297   int count_;
298   // Basic tallies, used to compute averages.
299   int32 run_duration_sum_;
300   int32 queue_duration_sum_;
301   // Max values, used by local visualization routines.  These are often read,
302   // but rarely updated.
303   int32 run_duration_max_;
304   int32 queue_duration_max_;
305   // Samples, used by crowd sourcing gatherers.  These are almost never read,
306   // and rarely updated.
307   int32 run_duration_sample_;
308   int32 queue_duration_sample_;
309 };
310
311 //------------------------------------------------------------------------------
312 // A "snapshotted" representation of the DeathData class.
313
314 struct BASE_EXPORT DeathDataSnapshot {
315   DeathDataSnapshot();
316   explicit DeathDataSnapshot(const DeathData& death_data);
317   ~DeathDataSnapshot();
318
319   int count;
320   int32 run_duration_sum;
321   int32 run_duration_max;
322   int32 run_duration_sample;
323   int32 queue_duration_sum;
324   int32 queue_duration_max;
325   int32 queue_duration_sample;
326 };
327
328 //------------------------------------------------------------------------------
329 // A temporary collection of data that can be sorted and summarized.  It is
330 // gathered (carefully) from many threads.  Instances are held in arrays and
331 // processed, filtered, and rendered.
332 // The source of this data was collected on many threads, and is asynchronously
333 // changing.  The data in this instance is not asynchronously changing.
334
335 struct BASE_EXPORT TaskSnapshot {
336   TaskSnapshot();
337   TaskSnapshot(const BirthOnThread& birth,
338                const DeathData& death_data,
339                const std::string& death_thread_name);
340   ~TaskSnapshot();
341
342   BirthOnThreadSnapshot birth;
343   DeathDataSnapshot death_data;
344   std::string death_thread_name;
345 };
346
347 //------------------------------------------------------------------------------
348 // For each thread, we have a ThreadData that stores all tracking info generated
349 // on this thread.  This prevents the need for locking as data accumulates.
350 // We use ThreadLocalStorage to quickly identfy the current ThreadData context.
351 // We also have a linked list of ThreadData instances, and that list is used to
352 // harvest data from all existing instances.
353
354 struct ProcessDataSnapshot;
355 class BASE_EXPORT TaskStopwatch;
356
357 class BASE_EXPORT ThreadData {
358  public:
359   // Current allowable states of the tracking system.  The states can vary
360   // between ACTIVE and DEACTIVATED, but can never go back to UNINITIALIZED.
361   enum Status {
362     UNINITIALIZED,              // PRistine, link-time state before running.
363     DORMANT_DURING_TESTS,       // Only used during testing.
364     DEACTIVATED,                // No longer recording profling.
365     PROFILING_ACTIVE,           // Recording profiles (no parent-child links).
366     PROFILING_CHILDREN_ACTIVE,  // Fully active, recording parent-child links.
367     STATUS_LAST = PROFILING_CHILDREN_ACTIVE
368   };
369
370   typedef std::map<Location, Births*> BirthMap;
371   typedef std::map<const Births*, DeathData> DeathMap;
372   typedef std::pair<const Births*, const Births*> ParentChildPair;
373   typedef std::set<ParentChildPair> ParentChildSet;
374   typedef std::stack<const Births*> ParentStack;
375
376   // Initialize the current thread context with a new instance of ThreadData.
377   // This is used by all threads that have names, and should be explicitly
378   // set *before* any births on the threads have taken place.  It is generally
379   // only used by the message loop, which has a well defined thread name.
380   static void InitializeThreadContext(const std::string& suggested_name);
381
382   // Using Thread Local Store, find the current instance for collecting data.
383   // If an instance does not exist, construct one (and remember it for use on
384   // this thread.
385   // This may return NULL if the system is disabled for any reason.
386   static ThreadData* Get();
387
388   // Fills |process_data| with all the recursive results in our process.
389   // During the scavenging, if |reset_max| is true, then the DeathData instances
390   // max-values are reset to zero during this scan.
391   static void Snapshot(bool reset_max, ProcessDataSnapshot* process_data);
392
393   // Finds (or creates) a place to count births from the given location in this
394   // thread, and increment that tally.
395   // TallyABirthIfActive will returns NULL if the birth cannot be tallied.
396   static Births* TallyABirthIfActive(const Location& location);
397
398   // Records the end of a timed run of an object.  The |completed_task| contains
399   // a pointer to a Births, the time_posted, and a delayed_start_time if any.
400   // The |start_of_run| indicates when we started to perform the run of the
401   // task.  The delayed_start_time is non-null for tasks that were posted as
402   // delayed tasks, and it indicates when the task should have run (i.e., when
403   // it should have posted out of the timer queue, and into the work queue.
404   // The |end_of_run| was just obtained by a call to Now() (just after the task
405   // finished). It is provided as an argument to help with testing.
406   static void TallyRunOnNamedThreadIfTracking(
407       const base::TrackingInfo& completed_task,
408       const TaskStopwatch& stopwatch);
409
410   // Record the end of a timed run of an object.  The |birth| is the record for
411   // the instance, the |time_posted| records that instant, which is presumed to
412   // be when the task was posted into a queue to run on a worker thread.
413   // The |start_of_run| is when the worker thread started to perform the run of
414   // the task.
415   // The |end_of_run| was just obtained by a call to Now() (just after the task
416   // finished).
417   static void TallyRunOnWorkerThreadIfTracking(
418       const Births* birth,
419       const TrackedTime& time_posted,
420       const TaskStopwatch& stopwatch);
421
422   // Record the end of execution in region, generally corresponding to a scope
423   // being exited.
424   static void TallyRunInAScopedRegionIfTracking(
425       const Births* birth,
426       const TaskStopwatch& stopwatch);
427
428   const std::string& thread_name() const { return thread_name_; }
429
430   // Hack: asynchronously clear all birth counts and death tallies data values
431   // in all ThreadData instances.  The numerical (zeroing) part is done without
432   // use of a locks or atomics exchanges, and may (for int64 values) produce
433   // bogus counts VERY rarely.
434   static void ResetAllThreadData();
435
436   // Initializes all statics if needed (this initialization call should be made
437   // while we are single threaded). Returns false if unable to initialize.
438   static bool Initialize();
439
440   // Sets internal status_.
441   // If |status| is false, then status_ is set to DEACTIVATED.
442   // If |status| is true, then status_ is set to, PROFILING_ACTIVE, or
443   // PROFILING_CHILDREN_ACTIVE.
444   // If tracking is not compiled in, this function will return false.
445   // If parent-child tracking is not compiled in, then an attempt to set the
446   // status to PROFILING_CHILDREN_ACTIVE will only result in a status of
447   // PROFILING_ACTIVE (i.e., it can't be set to a higher level than what is
448   // compiled into the binary, and parent-child tracking at the
449   // PROFILING_CHILDREN_ACTIVE level might not be compiled in).
450   static bool InitializeAndSetTrackingStatus(Status status);
451
452   static Status status();
453
454   // Indicate if any sort of profiling is being done (i.e., we are more than
455   // DEACTIVATED).
456   static bool TrackingStatus();
457
458   // For testing only, indicate if the status of parent-child tracking is turned
459   // on.  This is currently a compiled option, atop TrackingStatus().
460   static bool TrackingParentChildStatus();
461
462   // Marks a start of a tracked run. It's super fast when tracking is disabled,
463   // and has some internal side effects when we are tracking, so that we can
464   // deduce the amount of time accumulated outside of execution of tracked runs.
465   // The task that will be tracked is passed in as |parent| so that parent-child
466   // relationships can be (optionally) calculated.
467   static void PrepareForStartOfRun(const Births* parent);
468
469   // Enables profiler timing.
470   static void EnableProfilerTiming();
471
472   // Provide a time function that does nothing (runs fast) when we don't have
473   // the profiler enabled.  It will generally be optimized away when it is
474   // ifdef'ed to be small enough (allowing the profiler to be "compiled out" of
475   // the code).
476   static TrackedTime Now();
477
478   // Use the function |now| to provide current times, instead of calling the
479   // TrackedTime::Now() function.  Since this alternate function is being used,
480   // the other time arguments (used for calculating queueing delay) will be
481   // ignored.
482   static void SetAlternateTimeSource(NowFunction* now);
483
484   // This function can be called at process termination to validate that thread
485   // cleanup routines have been called for at least some number of named
486   // threads.
487   static void EnsureCleanupWasCalled(int major_threads_shutdown_count);
488
489  private:
490   friend class TaskStopwatch;
491   // Allow only tests to call ShutdownSingleThreadedCleanup.  We NEVER call it
492   // in production code.
493   // TODO(jar): Make this a friend in DEBUG only, so that the optimizer has a
494   // better change of optimizing (inlining? etc.) private methods (knowing that
495   // there will be no need for an external entry point).
496   friend class TrackedObjectsTest;
497   FRIEND_TEST_ALL_PREFIXES(TrackedObjectsTest, MinimalStartupShutdown);
498   FRIEND_TEST_ALL_PREFIXES(TrackedObjectsTest, TinyStartupShutdown);
499   FRIEND_TEST_ALL_PREFIXES(TrackedObjectsTest, ParentChildTest);
500
501   typedef std::map<const BirthOnThread*, int> BirthCountMap;
502
503   // Worker thread construction creates a name since there is none.
504   explicit ThreadData(int thread_number);
505
506   // Message loop based construction should provide a name.
507   explicit ThreadData(const std::string& suggested_name);
508
509   ~ThreadData();
510
511   // Push this instance to the head of all_thread_data_list_head_, linking it to
512   // the previous head.  This is performed after each construction, and leaves
513   // the instance permanently on that list.
514   void PushToHeadOfList();
515
516   // (Thread safe) Get start of list of all ThreadData instances using the lock.
517   static ThreadData* first();
518
519   // Iterate through the null terminated list of ThreadData instances.
520   ThreadData* next() const;
521
522
523   // In this thread's data, record a new birth.
524   Births* TallyABirth(const Location& location);
525
526   // Find a place to record a death on this thread.
527   void TallyADeath(const Births& birth,
528                    int32 queue_duration,
529                    const TaskStopwatch& stopwatch);
530
531   // Snapshot (under a lock) the profiled data for the tasks in each ThreadData
532   // instance.  Also updates the |birth_counts| tally for each task to keep
533   // track of the number of living instances of the task.  If |reset_max| is
534   // true, then the max values in each DeathData instance are reset during the
535   // scan.
536   static void SnapshotAllExecutedTasks(bool reset_max,
537                                        ProcessDataSnapshot* process_data,
538                                        BirthCountMap* birth_counts);
539
540   // Snapshots (under a lock) the profiled data for the tasks for this thread
541   // and writes all of the executed tasks' data -- i.e. the data for the tasks
542   // with with entries in the death_map_ -- into |process_data|.  Also updates
543   // the |birth_counts| tally for each task to keep track of the number of
544   // living instances of the task -- that is, each task maps to the number of
545   // births for the task that have not yet been balanced by a death.  If
546   // |reset_max| is true, then the max values in each DeathData instance are
547   // reset during the scan.
548   void SnapshotExecutedTasks(bool reset_max,
549                              ProcessDataSnapshot* process_data,
550                              BirthCountMap* birth_counts);
551
552   // Using our lock, make a copy of the specified maps.  This call may be made
553   // on  non-local threads, which necessitate the use of the lock to prevent
554   // the map(s) from being reallocaed while they are copied. If |reset_max| is
555   // true, then, just after we copy the DeathMap, we will set the max values to
556   // zero in the active DeathMap (not the snapshot).
557   void SnapshotMaps(bool reset_max,
558                     BirthMap* birth_map,
559                     DeathMap* death_map,
560                     ParentChildSet* parent_child_set);
561
562   // Using our lock to protect the iteration, Clear all birth and death data.
563   void Reset();
564
565   // This method is called by the TLS system when a thread terminates.
566   // The argument may be NULL if this thread has never tracked a birth or death.
567   static void OnThreadTermination(void* thread_data);
568
569   // This method should be called when a worker thread terminates, so that we
570   // can save all the thread data into a cache of reusable ThreadData instances.
571   void OnThreadTerminationCleanup();
572
573   // Cleans up data structures, and returns statics to near pristine (mostly
574   // uninitialized) state.  If there is any chance that other threads are still
575   // using the data structures, then the |leak| argument should be passed in as
576   // true, and the data structures (birth maps, death maps, ThreadData
577   // insntances, etc.) will be leaked and not deleted.  If you have joined all
578   // threads since the time that InitializeAndSetTrackingStatus() was called,
579   // then you can pass in a |leak| value of false, and this function will
580   // delete recursively all data structures, starting with the list of
581   // ThreadData instances.
582   static void ShutdownSingleThreadedCleanup(bool leak);
583
584   // When non-null, this specifies an external function that supplies monotone
585   // increasing time functcion.
586   static NowFunction* now_function_;
587
588   // If true, now_function_ returns values that can be used to calculate queue
589   // time.
590   static bool now_function_is_time_;
591
592   // We use thread local store to identify which ThreadData to interact with.
593   static base::ThreadLocalStorage::StaticSlot tls_index_;
594
595   // List of ThreadData instances for use with worker threads. When a worker
596   // thread is done (terminated), we push it onto this llist.  When a new worker
597   // thread is created, we first try to re-use a ThreadData instance from the
598   // list, and if none are available, construct a new one.
599   // This is only accessed while list_lock_ is held.
600   static ThreadData* first_retired_worker_;
601
602   // Link to the most recently created instance (starts a null terminated list).
603   // The list is traversed by about:profiler when it needs to snapshot data.
604   // This is only accessed while list_lock_ is held.
605   static ThreadData* all_thread_data_list_head_;
606
607   // The next available worker thread number.  This should only be accessed when
608   // the list_lock_ is held.
609   static int worker_thread_data_creation_count_;
610
611   // The number of times TLS has called us back to cleanup a ThreadData
612   // instance. This is only accessed while list_lock_ is held.
613   static int cleanup_count_;
614
615   // Incarnation sequence number, indicating how many times (during unittests)
616   // we've either transitioned out of UNINITIALIZED, or into that state.  This
617   // value is only accessed while the list_lock_ is held.
618   static int incarnation_counter_;
619
620   // Protection for access to all_thread_data_list_head_, and to
621   // unregistered_thread_data_pool_.  This lock is leaked at shutdown.
622   // The lock is very infrequently used, so we can afford to just make a lazy
623   // instance and be safe.
624   static base::LazyInstance<base::Lock>::Leaky list_lock_;
625
626   // We set status_ to SHUTDOWN when we shut down the tracking service.
627   static Status status_;
628
629   // Link to next instance (null terminated list). Used to globally track all
630   // registered instances (corresponds to all registered threads where we keep
631   // data).
632   ThreadData* next_;
633
634   // Pointer to another ThreadData instance for a Worker-Thread that has been
635   // retired (its thread was terminated).  This value is non-NULL only for a
636   // retired ThreadData associated with a Worker-Thread.
637   ThreadData* next_retired_worker_;
638
639   // The name of the thread that is being recorded.  If this thread has no
640   // message_loop, then this is a worker thread, with a sequence number postfix.
641   std::string thread_name_;
642
643   // Indicate if this is a worker thread, and the ThreadData contexts should be
644   // stored in the unregistered_thread_data_pool_ when not in use.
645   // Value is zero when it is not a worker thread.  Value is a positive integer
646   // corresponding to the created thread name if it is a worker thread.
647   int worker_thread_number_;
648
649   // A map used on each thread to keep track of Births on this thread.
650   // This map should only be accessed on the thread it was constructed on.
651   // When a snapshot is needed, this structure can be locked in place for the
652   // duration of the snapshotting activity.
653   BirthMap birth_map_;
654
655   // Similar to birth_map_, this records informations about death of tracked
656   // instances (i.e., when a tracked instance was destroyed on this thread).
657   // It is locked before changing, and hence other threads may access it by
658   // locking before reading it.
659   DeathMap death_map_;
660
661   // A set of parents that created children tasks on this thread. Each pair
662   // corresponds to potentially non-local Births (location and thread), and a
663   // local Births (that took place on this thread).
664   ParentChildSet parent_child_set_;
665
666   // Lock to protect *some* access to BirthMap and DeathMap.  The maps are
667   // regularly read and written on this thread, but may only be read from other
668   // threads.  To support this, we acquire this lock if we are writing from this
669   // thread, or reading from another thread.  For reading from this thread we
670   // don't need a lock, as there is no potential for a conflict since the
671   // writing is only done from this thread.
672   mutable base::Lock map_lock_;
673
674   // The stack of parents that are currently being profiled. This includes only
675   // tasks that have started a timer recently via PrepareForStartOfRun(), but
676   // not yet concluded with a NowForEndOfRun().  Usually this stack is one deep,
677   // but if a scoped region is profiled, or <sigh> a task runs a nested-message
678   // loop, then the stack can grow larger.  Note that we don't try to deduct
679   // time in nested porfiles, as our current timer is based on wall-clock time,
680   // and not CPU time (and we're hopeful that nested timing won't be a
681   // significant additional cost).
682   ParentStack parent_stack_;
683
684   // A random number that we used to select decide which sample to keep as a
685   // representative sample in each DeathData instance.  We can't start off with
686   // much randomness (because we can't call RandInt() on all our threads), so
687   // we stir in more and more as we go.
688   int32 random_number_;
689
690   // Record of what the incarnation_counter_ was when this instance was created.
691   // If the incarnation_counter_ has changed, then we avoid pushing into the
692   // pool (this is only critical in tests which go through multiple
693   // incarnations).
694   int incarnation_count_for_pool_;
695
696   // Most recently started (i.e. most nested) stopwatch on the current thread,
697   // if it exists; NULL otherwise.
698   TaskStopwatch* current_stopwatch_;
699
700   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ThreadData);
701 };
702
703 //------------------------------------------------------------------------------
704 // Stopwatch to measure task run time or simply create a time interval that will
705 // be subtracted from the current most nested task's run time. Stopwatches
706 // coordinate with the stopwatches in which they are nested to avoid
707 // double-counting nested tasks run times.
708
709 class BASE_EXPORT TaskStopwatch {
710  public:
711   // Starts the stopwatch.
712   TaskStopwatch();
713   ~TaskStopwatch();
714
715   // Starts stopwatch.
716   void Start();
717
718   // Stops stopwatch.
719   void Stop();
720
721   // Returns the start time.
722   TrackedTime StartTime() const;
723
724   // Task's duration is calculated as the wallclock duration between starting
725   // and stopping this stopwatch, minus the wallclock durations of any other
726   // instances that are immediately nested in this one, started and stopped on
727   // this thread during that period.
728   int32 RunDurationMs() const;
729
730   // Returns tracking info for the current thread.
731   ThreadData* GetThreadData() const;
732
733  private:
734   // Time when the stopwatch was started.
735   TrackedTime start_time_;
736
737   // Wallclock duration of the task.
738   int32 wallclock_duration_ms_;
739
740   // Tracking info for the current thread.
741   ThreadData* current_thread_data_;
742
743   // Sum of wallclock durations of all stopwatches that were directly nested in
744   // this one.
745   int32 excluded_duration_ms_;
746
747   // Stopwatch which was running on our thread when this stopwatch was started.
748   // That preexisting stopwatch must be adjusted to the exclude the wallclock
749   // duration of this stopwatch.
750   TaskStopwatch* parent_;
751
752 #if DCHECK_IS_ON
753   // State of the stopwatch. Stopwatch is first constructed in a created state
754   // state, then is optionally started/stopped, then destructed.
755   enum { CREATED, RUNNING, STOPPED } state_;
756
757   // Currently running stopwatch that is directly nested in this one, if such
758   // stopwatch exists. NULL otherwise.
759   TaskStopwatch* child_;
760 #endif
761 };
762
763 //------------------------------------------------------------------------------
764 // A snapshotted representation of a (parent, child) task pair, for tracking
765 // hierarchical profiles.
766
767 struct BASE_EXPORT ParentChildPairSnapshot {
768  public:
769   ParentChildPairSnapshot();
770   explicit ParentChildPairSnapshot(
771       const ThreadData::ParentChildPair& parent_child);
772   ~ParentChildPairSnapshot();
773
774   BirthOnThreadSnapshot parent;
775   BirthOnThreadSnapshot child;
776 };
777
778 //------------------------------------------------------------------------------
779 // A snapshotted representation of the list of ThreadData objects for a process.
780
781 struct BASE_EXPORT ProcessDataSnapshot {
782  public:
783   ProcessDataSnapshot();
784   ~ProcessDataSnapshot();
785
786   std::vector<TaskSnapshot> tasks;
787   std::vector<ParentChildPairSnapshot> descendants;
788   int process_id;
789 };
790
791 }  // namespace tracked_objects
792
793 #endif  // BASE_TRACKED_OBJECTS_H_