- add sources.
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / third_party / tcmalloc / vendor / src / base / low_level_alloc.cc
1 /* Copyright (c) 2006, Google Inc.
2  * All rights reserved.
3  * 
4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5  * modification, are permitted provided that the following conditions are
6  * met:
7  * 
8  *     * Redistributions of source code must retain the above copyright
9  * notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  *     * Redistributions in binary form must reproduce the above
11  * copyright notice, this list of conditions and the following disclaimer
12  * in the documentation and/or other materials provided with the
13  * distribution.
14  *     * Neither the name of Google Inc. nor the names of its
15  * contributors may be used to endorse or promote products derived from
16  * this software without specific prior written permission.
17  * 
18  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
19  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
20  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
21  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
22  * OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
23  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
24  * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
28  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
29  */
30
31 // A low-level allocator that can be used by other low-level
32 // modules without introducing dependency cycles.
33 // This allocator is slow and wasteful of memory;
34 // it should not be used when performance is key.
35
36 #include "base/low_level_alloc.h"
37 #include "base/dynamic_annotations.h"
38 #include "base/spinlock.h"
39 #include "base/logging.h"
40 #include "malloc_hook-inl.h"
41 #include <gperftools/malloc_hook.h>
42 #include <errno.h>
43 #ifdef HAVE_UNISTD_H
44 #include <unistd.h>
45 #endif
46 #ifdef HAVE_MMAP
47 #include <sys/mman.h>
48 #endif
49 #include <new>                   // for placement-new
50
51 // On systems (like freebsd) that don't define MAP_ANONYMOUS, use the old
52 // form of the name instead.
53 #ifndef MAP_ANONYMOUS
54 # define MAP_ANONYMOUS MAP_ANON
55 #endif
56
57 // A first-fit allocator with amortized logarithmic free() time.
58
59 // ---------------------------------------------------------------------------
60 static const int kMaxLevel = 30;
61
62 // We put this class-only struct in a namespace to avoid polluting the
63 // global namespace with this struct name (thus risking an ODR violation).
64 namespace low_level_alloc_internal {
65   // This struct describes one allocated block, or one free block.
66   struct AllocList {
67     struct Header {
68       intptr_t size;  // size of entire region, including this field. Must be
69                       // first.  Valid in both allocated and unallocated blocks
70       intptr_t magic; // kMagicAllocated or kMagicUnallocated xor this
71       LowLevelAlloc::Arena *arena; // pointer to parent arena
72       void *dummy_for_alignment;   // aligns regions to 0 mod 2*sizeof(void*)
73     } header;
74
75     // Next two fields: in unallocated blocks: freelist skiplist data
76     //                  in allocated blocks: overlaps with client data
77     int levels;           // levels in skiplist used
78     AllocList *next[kMaxLevel];   // actually has levels elements.
79                                   // The AllocList node may not have room for
80                                   // all kMaxLevel entries.  See max_fit in
81                                   // LLA_SkiplistLevels()
82   };
83 }
84 using low_level_alloc_internal::AllocList;
85
86
87 // ---------------------------------------------------------------------------
88 // A trivial skiplist implementation.  This is used to keep the freelist
89 // in address order while taking only logarithmic time per insert and delete.
90
91 // An integer approximation of log2(size/base)
92 // Requires size >= base.
93 static int IntLog2(size_t size, size_t base) {
94   int result = 0;
95   for (size_t i = size; i > base; i >>= 1) { // i == floor(size/2**result)
96     result++;
97   }
98   //    floor(size / 2**result) <= base < floor(size / 2**(result-1))
99   // =>     log2(size/(base+1)) <= result < 1+log2(size/base)
100   // => result ~= log2(size/base)
101   return result;
102 }
103
104 // Return a random integer n:  p(n)=1/(2**n) if 1 <= n; p(n)=0 if n < 1.
105 static int Random() {
106   static int32 r = 1;         // no locking---it's not critical
107   ANNOTATE_BENIGN_RACE(&r, "benign race, not critical.");
108   int result = 1;
109   while ((((r = r*1103515245 + 12345) >> 30) & 1) == 0) {
110     result++;
111   }
112   return result;
113 }
114
115 // Return a number of skiplist levels for a node of size bytes, where
116 // base is the minimum node size.  Compute level=log2(size / base)+n
117 // where n is 1 if random is false and otherwise a random number generated with
118 // the standard distribution for a skiplist:  See Random() above.
119 // Bigger nodes tend to have more skiplist levels due to the log2(size / base)
120 // term, so first-fit searches touch fewer nodes.  "level" is clipped so
121 // level<kMaxLevel and next[level-1] will fit in the node.
122 // 0 < LLA_SkiplistLevels(x,y,false) <= LLA_SkiplistLevels(x,y,true) < kMaxLevel
123 static int LLA_SkiplistLevels(size_t size, size_t base, bool random) {
124   // max_fit is the maximum number of levels that will fit in a node for the
125   // given size.   We can't return more than max_fit, no matter what the
126   // random number generator says.
127   int max_fit = (size-OFFSETOF_MEMBER(AllocList, next)) / sizeof (AllocList *);
128   int level = IntLog2(size, base) + (random? Random() : 1);
129   if (level > max_fit)     level = max_fit;
130   if (level > kMaxLevel-1) level = kMaxLevel - 1;
131   RAW_CHECK(level >= 1, "block not big enough for even one level");
132   return level;
133 }
134
135 // Return "atleast", the first element of AllocList *head s.t. *atleast >= *e.
136 // For 0 <= i < head->levels, set prev[i] to "no_greater", where no_greater
137 // points to the last element at level i in the AllocList less than *e, or is
138 // head if no such element exists.
139 static AllocList *LLA_SkiplistSearch(AllocList *head,
140                                      AllocList *e, AllocList **prev) {
141   AllocList *p = head;
142   for (int level = head->levels - 1; level >= 0; level--) {
143     for (AllocList *n; (n = p->next[level]) != 0 && n < e; p = n) {
144     }
145     prev[level] = p;
146   }
147   return (head->levels == 0) ?  0 : prev[0]->next[0];
148 }
149
150 // Insert element *e into AllocList *head.  Set prev[] as LLA_SkiplistSearch.
151 // Requires that e->levels be previously set by the caller (using
152 // LLA_SkiplistLevels())
153 static void LLA_SkiplistInsert(AllocList *head, AllocList *e,
154                                AllocList **prev) {
155   LLA_SkiplistSearch(head, e, prev);
156   for (; head->levels < e->levels; head->levels++) { // extend prev pointers
157     prev[head->levels] = head;                       // to all *e's levels
158   }
159   for (int i = 0; i != e->levels; i++) { // add element to list
160     e->next[i] = prev[i]->next[i];
161     prev[i]->next[i] = e;
162   }
163 }
164
165 // Remove element *e from AllocList *head.  Set prev[] as LLA_SkiplistSearch().
166 // Requires that e->levels be previous set by the caller (using
167 // LLA_SkiplistLevels())
168 static void LLA_SkiplistDelete(AllocList *head, AllocList *e,
169                                AllocList **prev) {
170   AllocList *found = LLA_SkiplistSearch(head, e, prev);
171   RAW_CHECK(e == found, "element not in freelist");
172   for (int i = 0; i != e->levels && prev[i]->next[i] == e; i++) {
173     prev[i]->next[i] = e->next[i];
174   }
175   while (head->levels > 0 && head->next[head->levels - 1] == 0) {
176     head->levels--;   // reduce head->levels if level unused
177   }
178 }
179
180 // ---------------------------------------------------------------------------
181 // Arena implementation
182
183 struct LowLevelAlloc::Arena {
184   Arena() : mu(SpinLock::LINKER_INITIALIZED) {} // does nothing; for static init
185   explicit Arena(int) : pagesize(0) {}  // set pagesize to zero explicitly
186                                         // for non-static init
187
188   SpinLock mu;            // protects freelist, allocation_count,
189                           // pagesize, roundup, min_size
190   AllocList freelist;     // head of free list; sorted by addr (under mu)
191   int32 allocation_count; // count of allocated blocks (under mu)
192   int32 flags;            // flags passed to NewArena (ro after init)
193   size_t pagesize;        // ==getpagesize()  (init under mu, then ro)
194   size_t roundup;         // lowest power of 2 >= max(16,sizeof (AllocList))
195                           // (init under mu, then ro)
196   size_t min_size;        // smallest allocation block size
197                           // (init under mu, then ro)
198 };
199
200 // The default arena, which is used when 0 is passed instead of an Arena
201 // pointer.
202 static struct LowLevelAlloc::Arena default_arena;
203
204 // Non-malloc-hooked arenas: used only to allocate metadata for arenas that
205 // do not want malloc hook reporting, so that for them there's no malloc hook
206 // reporting even during arena creation.
207 static struct LowLevelAlloc::Arena unhooked_arena;
208 static struct LowLevelAlloc::Arena unhooked_async_sig_safe_arena;
209
210 // magic numbers to identify allocated and unallocated blocks
211 static const intptr_t kMagicAllocated = 0x4c833e95;
212 static const intptr_t kMagicUnallocated = ~kMagicAllocated;
213
214 namespace {
215   class SCOPED_LOCKABLE ArenaLock {
216    public:
217     explicit ArenaLock(LowLevelAlloc::Arena *arena)
218         EXCLUSIVE_LOCK_FUNCTION(arena->mu)
219         : left_(false), mask_valid_(false), arena_(arena) {
220       if ((arena->flags & LowLevelAlloc::kAsyncSignalSafe) != 0) {
221       // We've decided not to support async-signal-safe arena use until
222       // there a demonstrated need.  Here's how one could do it though
223       // (would need to be made more portable).
224 #if 0
225         sigset_t all;
226         sigfillset(&all);
227         this->mask_valid_ =
228             (pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &all, &this->mask_) == 0);
229 #else
230         RAW_CHECK(false, "We do not yet support async-signal-safe arena.");
231 #endif
232       }
233       this->arena_->mu.Lock();
234     }
235     ~ArenaLock() { RAW_CHECK(this->left_, "haven't left Arena region"); }
236     void Leave() /*UNLOCK_FUNCTION()*/ {
237       this->arena_->mu.Unlock();
238 #if 0
239       if (this->mask_valid_) {
240         pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &this->mask_, 0);
241       }
242 #endif
243       this->left_ = true;
244     }
245    private:
246     bool left_;       // whether left region
247     bool mask_valid_;
248 #if 0
249     sigset_t mask_;   // old mask of blocked signals
250 #endif
251     LowLevelAlloc::Arena *arena_;
252     DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ArenaLock);
253   };
254 } // anonymous namespace
255
256 // create an appropriate magic number for an object at "ptr"
257 // "magic" should be kMagicAllocated or kMagicUnallocated
258 inline static intptr_t Magic(intptr_t magic, AllocList::Header *ptr) {
259   return magic ^ reinterpret_cast<intptr_t>(ptr);
260 }
261
262 // Initialize the fields of an Arena
263 static void ArenaInit(LowLevelAlloc::Arena *arena) {
264   if (arena->pagesize == 0) {
265     arena->pagesize = getpagesize();
266     // Round up block sizes to a power of two close to the header size.
267     arena->roundup = 16;
268     while (arena->roundup < sizeof (arena->freelist.header)) {
269       arena->roundup += arena->roundup;
270     }
271     // Don't allocate blocks less than twice the roundup size to avoid tiny
272     // free blocks.
273     arena->min_size = 2 * arena->roundup;
274     arena->freelist.header.size = 0;
275     arena->freelist.header.magic =
276         Magic(kMagicUnallocated, &arena->freelist.header);
277     arena->freelist.header.arena = arena;
278     arena->freelist.levels = 0;
279     memset(arena->freelist.next, 0, sizeof (arena->freelist.next));
280     arena->allocation_count = 0;
281     if (arena == &default_arena) {
282       // Default arena should be hooked, e.g. for heap-checker to trace
283       // pointer chains through objects in the default arena.
284       arena->flags = LowLevelAlloc::kCallMallocHook;
285     } else if (arena == &unhooked_async_sig_safe_arena) {
286       arena->flags = LowLevelAlloc::kAsyncSignalSafe;
287     } else {
288       arena->flags = 0;   // other arenas' flags may be overridden by client,
289                           // but unhooked_arena will have 0 in 'flags'.
290     }
291   }
292 }
293
294 // L < meta_data_arena->mu
295 LowLevelAlloc::Arena *LowLevelAlloc::NewArena(int32 flags,
296                                               Arena *meta_data_arena) {
297   RAW_CHECK(meta_data_arena != 0, "must pass a valid arena");
298   if (meta_data_arena == &default_arena) {
299     if ((flags & LowLevelAlloc::kAsyncSignalSafe) != 0) {
300       meta_data_arena = &unhooked_async_sig_safe_arena;
301     } else if ((flags & LowLevelAlloc::kCallMallocHook) == 0) {
302       meta_data_arena = &unhooked_arena;
303     }
304   }
305   // Arena(0) uses the constructor for non-static contexts
306   Arena *result =
307     new (AllocWithArena(sizeof (*result), meta_data_arena)) Arena(0);
308   ArenaInit(result);
309   result->flags = flags;
310   return result;
311 }
312
313 // L < arena->mu, L < arena->arena->mu
314 bool LowLevelAlloc::DeleteArena(Arena *arena) {
315   RAW_CHECK(arena != 0 && arena != &default_arena && arena != &unhooked_arena,
316             "may not delete default arena");
317   ArenaLock section(arena);
318   bool empty = (arena->allocation_count == 0);
319   section.Leave();
320   if (empty) {
321     while (arena->freelist.next[0] != 0) {
322       AllocList *region = arena->freelist.next[0];
323       size_t size = region->header.size;
324       arena->freelist.next[0] = region->next[0];
325       RAW_CHECK(region->header.magic ==
326                 Magic(kMagicUnallocated, &region->header),
327                 "bad magic number in DeleteArena()");
328       RAW_CHECK(region->header.arena == arena,
329                 "bad arena pointer in DeleteArena()");
330       RAW_CHECK(size % arena->pagesize == 0,
331                 "empty arena has non-page-aligned block size");
332       RAW_CHECK(reinterpret_cast<intptr_t>(region) % arena->pagesize == 0,
333                 "empty arena has non-page-aligned block");
334       int munmap_result;
335       if ((arena->flags & LowLevelAlloc::kAsyncSignalSafe) == 0) {
336         munmap_result = munmap(region, size);
337       } else {
338         munmap_result = MallocHook::UnhookedMUnmap(region, size);
339       }
340       RAW_CHECK(munmap_result == 0,
341                 "LowLevelAlloc::DeleteArena:  munmap failed address");
342     }
343     Free(arena);
344   }
345   return empty;
346 }
347
348 // ---------------------------------------------------------------------------
349
350 // Return value rounded up to next multiple of align.
351 // align must be a power of two.
352 static intptr_t RoundUp(intptr_t addr, intptr_t align) {
353   return (addr + align - 1) & ~(align - 1);
354 }
355
356 // Equivalent to "return prev->next[i]" but with sanity checking
357 // that the freelist is in the correct order, that it
358 // consists of regions marked "unallocated", and that no two regions
359 // are adjacent in memory (they should have been coalesced).
360 // L < arena->mu
361 static AllocList *Next(int i, AllocList *prev, LowLevelAlloc::Arena *arena) {
362   RAW_CHECK(i < prev->levels, "too few levels in Next()");
363   AllocList *next = prev->next[i];
364   if (next != 0) {
365     RAW_CHECK(next->header.magic == Magic(kMagicUnallocated, &next->header),
366               "bad magic number in Next()");
367     RAW_CHECK(next->header.arena == arena,
368               "bad arena pointer in Next()");
369     if (prev != &arena->freelist) {
370       RAW_CHECK(prev < next, "unordered freelist");
371       RAW_CHECK(reinterpret_cast<char *>(prev) + prev->header.size <
372                 reinterpret_cast<char *>(next), "malformed freelist");
373     }
374   }
375   return next;
376 }
377
378 // Coalesce list item "a" with its successor if they are adjacent.
379 static void Coalesce(AllocList *a) {
380   AllocList *n = a->next[0];
381   if (n != 0 && reinterpret_cast<char *>(a) + a->header.size ==
382                     reinterpret_cast<char *>(n)) {
383     LowLevelAlloc::Arena *arena = a->header.arena;
384     a->header.size += n->header.size;
385     n->header.magic = 0;
386     n->header.arena = 0;
387     AllocList *prev[kMaxLevel];
388     LLA_SkiplistDelete(&arena->freelist, n, prev);
389     LLA_SkiplistDelete(&arena->freelist, a, prev);
390     a->levels = LLA_SkiplistLevels(a->header.size, arena->min_size, true);
391     LLA_SkiplistInsert(&arena->freelist, a, prev);
392   }
393 }
394
395 // Adds block at location "v" to the free list
396 // L >= arena->mu
397 static void AddToFreelist(void *v, LowLevelAlloc::Arena *arena) {
398   AllocList *f = reinterpret_cast<AllocList *>(
399                         reinterpret_cast<char *>(v) - sizeof (f->header));
400   RAW_CHECK(f->header.magic == Magic(kMagicAllocated, &f->header),
401             "bad magic number in AddToFreelist()");
402   RAW_CHECK(f->header.arena == arena,
403             "bad arena pointer in AddToFreelist()");
404   f->levels = LLA_SkiplistLevels(f->header.size, arena->min_size, true);
405   AllocList *prev[kMaxLevel];
406   LLA_SkiplistInsert(&arena->freelist, f, prev);
407   f->header.magic = Magic(kMagicUnallocated, &f->header);
408   Coalesce(f);                  // maybe coalesce with successor
409   Coalesce(prev[0]);            // maybe coalesce with predecessor
410 }
411
412 // Frees storage allocated by LowLevelAlloc::Alloc().
413 // L < arena->mu
414 void LowLevelAlloc::Free(void *v) {
415   if (v != 0) {
416     AllocList *f = reinterpret_cast<AllocList *>(
417                         reinterpret_cast<char *>(v) - sizeof (f->header));
418     RAW_CHECK(f->header.magic == Magic(kMagicAllocated, &f->header),
419               "bad magic number in Free()");
420     LowLevelAlloc::Arena *arena = f->header.arena;
421     if ((arena->flags & kCallMallocHook) != 0) {
422       MallocHook::InvokeDeleteHook(v);
423     }
424     ArenaLock section(arena);
425     AddToFreelist(v, arena);
426     RAW_CHECK(arena->allocation_count > 0, "nothing in arena to free");
427     arena->allocation_count--;
428     section.Leave();
429   }
430 }
431
432 // allocates and returns a block of size bytes, to be freed with Free()
433 // L < arena->mu
434 static void *DoAllocWithArena(size_t request, LowLevelAlloc::Arena *arena) {
435   void *result = 0;
436   if (request != 0) {
437     AllocList *s;       // will point to region that satisfies request
438     ArenaLock section(arena);
439     ArenaInit(arena);
440     // round up with header
441     size_t req_rnd = RoundUp(request + sizeof (s->header), arena->roundup);
442     for (;;) {      // loop until we find a suitable region
443       // find the minimum levels that a block of this size must have
444       int i = LLA_SkiplistLevels(req_rnd, arena->min_size, false) - 1;
445       if (i < arena->freelist.levels) {   // potential blocks exist
446         AllocList *before = &arena->freelist;  // predecessor of s
447         while ((s = Next(i, before, arena)) != 0 && s->header.size < req_rnd) {
448           before = s;
449         }
450         if (s != 0) {       // we found a region
451           break;
452         }
453       }
454       // we unlock before mmap() both because mmap() may call a callback hook,
455       // and because it may be slow.
456       arena->mu.Unlock();
457       // mmap generous 64K chunks to decrease
458       // the chances/impact of fragmentation:
459       size_t new_pages_size = RoundUp(req_rnd, arena->pagesize * 16);
460       void *new_pages;
461       if ((arena->flags & LowLevelAlloc::kAsyncSignalSafe) != 0) {
462         new_pages = MallocHook::UnhookedMMap(0, new_pages_size,
463             PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE, -1, 0);
464       } else {
465         new_pages = mmap(0, new_pages_size,
466             PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE, -1, 0);
467       }
468       RAW_CHECK(new_pages != MAP_FAILED, "mmap error");
469       arena->mu.Lock();
470       s = reinterpret_cast<AllocList *>(new_pages);
471       s->header.size = new_pages_size;
472       // Pretend the block is allocated; call AddToFreelist() to free it.
473       s->header.magic = Magic(kMagicAllocated, &s->header);
474       s->header.arena = arena;
475       AddToFreelist(&s->levels, arena);  // insert new region into free list
476     }
477     AllocList *prev[kMaxLevel];
478     LLA_SkiplistDelete(&arena->freelist, s, prev);    // remove from free list
479     // s points to the first free region that's big enough
480     if (req_rnd + arena->min_size <= s->header.size) {  // big enough to split
481       AllocList *n = reinterpret_cast<AllocList *>
482                         (req_rnd + reinterpret_cast<char *>(s));
483       n->header.size = s->header.size - req_rnd;
484       n->header.magic = Magic(kMagicAllocated, &n->header);
485       n->header.arena = arena;
486       s->header.size = req_rnd;
487       AddToFreelist(&n->levels, arena);
488     }
489     s->header.magic = Magic(kMagicAllocated, &s->header);
490     RAW_CHECK(s->header.arena == arena, "");
491     arena->allocation_count++;
492     section.Leave();
493     result = &s->levels;
494   }
495   ANNOTATE_NEW_MEMORY(result, request);
496   return result;
497 }
498
499 void *LowLevelAlloc::Alloc(size_t request) {
500   void *result = DoAllocWithArena(request, &default_arena);
501   if ((default_arena.flags & kCallMallocHook) != 0) {
502     // this call must be directly in the user-called allocator function
503     // for MallocHook::GetCallerStackTrace to work properly
504     MallocHook::InvokeNewHook(result, request);
505   }
506   return result;
507 }
508
509 void *LowLevelAlloc::AllocWithArena(size_t request, Arena *arena) {
510   RAW_CHECK(arena != 0, "must pass a valid arena");
511   void *result = DoAllocWithArena(request, arena);
512   if ((arena->flags & kCallMallocHook) != 0) {
513     // this call must be directly in the user-called allocator function
514     // for MallocHook::GetCallerStackTrace to work properly
515     MallocHook::InvokeNewHook(result, request);
516   }
517   return result;
518 }
519
520 LowLevelAlloc::Arena *LowLevelAlloc::DefaultArena() {
521   return &default_arena;
522 }