]> pd.if.org Git - nbds/blobdiff - runtime/mem.c
rename util/ to runtime/
[nbds] / runtime / mem.c
diff --git a/runtime/mem.c b/runtime/mem.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0967c4a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,151 @@
+/* 
+ * Written by Josh Dybnis and released to the public domain, as explained at
+ * http://creativecommons.org/licenses/publicdomain
+ *
+ * Extreamly fast multi-threaded malloc. 64 bit platforms only!
+ */
+#include <sys/mman.h>
+#include <stdio.h>
+#include <errno.h>
+#include "common.h"
+#include "lwt.h"
+#include "tls.h"
+
+#define GET_SCALE(n) (sizeof(n)*8-__builtin_clzl((n)-1)) // log2 of <n>, rounded up
+#define MAX_SCALE 31 // allocate blocks up to 4GB in size (arbitrary, could be bigger)
+#define REGION_SCALE 22 // 4MB regions
+#define REGION_SIZE (1 << REGION_SCALE)
+#define HEADER_REGION_SCALE 22 // 4MB is space enough for headers for over 2,000,000 regions
+
+typedef struct block {
+    struct block *next;
+} block_t;
+
+// region header
+typedef struct header {
+    char owner; // thread id of owner
+    char scale; // log2 of the block size
+} header_t;
+
+static header_t *region_header_ = NULL;
+
+// TODO: experiment with different memory layouts (i.e. separate private and public lists)
+static block_t free_list_[MAX_NUM_THREADS][MAX_SCALE+1][MAX_NUM_THREADS];
+
+static void *get_new_region (int scale) {
+    if (scale < REGION_SCALE) {
+        scale = REGION_SCALE;
+    }
+    TRACE("m0", "get_new_region(): mmap new region scale: %llu", scale, 0);
+    void *region = mmap(NULL, (1 << scale), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0);
+    if (region == (void *)-1) {
+        perror("get_new_region: mmap");
+        exit(-1);
+    }
+    assert(region);
+    return region;
+}
+
+void mem_init (void) {
+    assert(region_header_ == NULL);
+    region_header_ = (header_t *)get_new_region(HEADER_REGION_SCALE);
+    memset(region_header_, 0, REGION_SIZE);
+}
+
+// Put <x> onto its owner's public free list (in the appropriate size bin).
+//
+// TODO: maybe we want to munmap() larger size blocks to reclaim virtual address space?
+void nbd_free (void *x) {
+    LOCALIZE_THREAD_LOCAL(tid_, int);
+    block_t  *b = (block_t *)x;
+    assert(((size_t)b >> REGION_SCALE) < ((1 << HEADER_REGION_SCALE) / sizeof(header_t)));
+    header_t *h = region_header_ + ((size_t)b >> REGION_SCALE);
+    TRACE("m0", "nbd_free(): block %p scale %llu", x, h->scale);
+    block_t  *l = &free_list_[(int)h->owner][(int)h->scale][tid_];
+    TRACE("m0", "nbd_free(): free list %p first block %p", l, l->next);
+    b->next = l->next;
+    l->next = b;
+}
+
+// Allocate a block of memory at least size <n>. Blocks are binned in powers-of-two. Round up
+// <n> to the nearest power-of-two. 
+//
+// First check the current thread's private free list for an available block. If no blocks are on
+// the private free list, pull all the available blocks off of the current thread's public free 
+// lists and put them on the private free list. If we didn't find any blocks on the public free 
+// lists, open a new region, break it up into blocks and put them on the private free list.
+void *nbd_malloc (size_t n) {
+    LOCALIZE_THREAD_LOCAL(tid_, int);
+    if (n < sizeof(block_t)) {
+        n = sizeof(block_t);
+    }
+    int b_scale = GET_SCALE(n);
+    assert(b_scale <= MAX_SCALE);
+    TRACE("m0", "nbd_malloc(): size %llu scale %llu", n, b_scale);
+    block_t *fls = free_list_[tid_][b_scale]; // our free lists
+    block_t *pri = fls + tid_; // our private free list
+    TRACE("m0", "nbd_malloc(): private free list %p first block %p", pri, pri->next);
+
+    // If our private free list is empty, fill it up with blocks from our public free lists
+    if (EXPECT_FALSE(pri->next == NULL)) {
+        int cnt = 0;
+        block_t *last = pri;
+        for (int i = 0; i < MAX_NUM_THREADS; ++i) {
+            TRACE("m0", "nbd_malloc(): searching public free lists (%llu)", i, 0);
+            block_t *pub = fls + i; // one of our public free lists
+            TRACE("m0", "nbd_malloc(): public free list %p first block %p", pub, pub->next);
+            if (EXPECT_FALSE(pub == pri)) 
+                continue;
+
+            if (pub->next != NULL) {
+                block_t *stolen = SYNC_SWAP(&pub->next, NULL);
+                TRACE("m0", "nbd_malloc(): stole list %p first block %p", pub, stolen);
+                if (stolen) {
+                    last->next = stolen;
+                    TRACE("m0", "nbd_malloc(): append to last block %p of private free list", last, 0);
+                    while (last->next) {
+                        ++cnt;
+                        TRACE("m0", "nbd_malloc(): find last block in list: last %p last->next %p",
+                              last, last->next);
+                        last = last->next;
+                    }
+                }
+            }
+        }
+        TRACE("m0", "nbd_malloc(): moved %llu blocks from public to private free lists", cnt, 0);
+
+        if (b_scale >= REGION_SCALE) {
+            if (cnt == 0) {
+                assert(pri->next == NULL);
+                pri->next = (block_t *)get_new_region(b_scale);
+                assert(pri->next->next == NULL);
+            }
+            assert(pri->next);
+
+        } else if (cnt < (1 << (REGION_SCALE - b_scale - 1))) {
+
+            // Even if we took a few blocks from our public lists we still break open a new region.
+            // This guarentees that we are amortizing the cost of accessing our public lists accross 
+            // many nbd_malloc() calls.
+            char *region = get_new_region(b_scale);
+            size_t b_size = 1 << b_scale;
+            for (int i = REGION_SIZE; i != 0; i -= b_size) {
+                block_t *b = (block_t *)(region + i - b_size);
+                b->next = pri->next;
+                //TRACE("m1", "nbd_malloc(): put new block %p ahead of %p on private list", b, b->next);
+                pri->next = b;
+                *b = *b;
+            }
+        }
+
+        assert(pri->next);
+    }
+
+    // Pull a block off of our private free list.
+    block_t *b = pri->next;
+    TRACE("m0", "nbd_malloc(): take block %p off of of private list (new head is %p)", b, pri->next);
+    pri->next = b->next;
+
+    assert(b);
+    return b;
+}