]> pd.if.org Git - nbds/blobdiff - runtime/mem.c
fix compiler warnings/error under gcc 4.1 and 4.2
[nbds] / runtime / mem.c
index c65dfb05c7705fce3e2900ef6d306d708ba153ad..57d94aa59fe817aa3e88c5c8dc4dc4365639336a 100644 (file)
@@ -2,20 +2,27 @@
  * 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!
+ * Extreamly fast multi-threaded malloc.
  */
+#define _BSD_SOURCE // so we get MAP_ANON on linux
 #include <sys/mman.h>
 #include <stdio.h>
 #include <errno.h>
 #include "common.h"
+#include "rlocal.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 GET_SCALE(n) (sizeof(void *)*__CHAR_BIT__ - __builtin_clzl((n) - 1)) // log2 of <n>, rounded up
+#ifndef NBD32
+#define MAX_POINTER_BITS 48
+#define REGION_SCALE 21 // 2mb regions
+#else
+#define MAX_POINTER_BITS 32
+#define REGION_SCALE 12 // 4kb regions
+#endif
 #define REGION_SIZE (1 << REGION_SCALE)
-#define HEADER_REGION_SCALE 22 // 4MB is space enough for headers for over 2,000,000 regions
+#define HEADER_REGION_SCALE ((MAX_POINTER_BITS - REGION_SCALE) + GET_SCALE(sizeof(header_t)))
+#define MAX_SCALE 31 // allocate blocks up to 4GB in size (arbitrary, could be bigger)
 
 typedef struct block {
     struct block *next;
@@ -27,125 +34,185 @@ typedef struct header {
     uint8_t scale; // log2 of the block size
 } header_t;
 
-static header_t *region_header_ = NULL;
+typedef struct tl {
+    block_t *free_blocks[MAX_SCALE+1];
+    block_t *blocks_from[MAX_NUM_THREADS];
+    block_t *blocks_to[MAX_NUM_THREADS];
+} __attribute__((aligned(CACHE_LINE_SIZE))) tl_t ;
+
+static header_t *headers_ = 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 tl_t tl_[MAX_NUM_THREADS] = {};
 
-static void *get_new_region (int scale) {
-    if (scale < REGION_SCALE) {
-        scale = REGION_SCALE;
+static inline header_t *get_header (void *r) {
+    return headers_ + ((size_t)r >> REGION_SCALE);
+}
+
+static void *get_new_region (int block_scale) {
+    size_t sz = (1 << block_scale);
+    if (sz < REGION_SIZE) {
+        sz = REGION_SIZE;
     }
-    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);
+    void *region = mmap(NULL, sz, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0);
+    TRACE("m1", "get_new_region: mmapped new region %p (size %p)", region, sz);
     if (region == (void *)-1) {
         perror("get_new_region: mmap");
         exit(-1);
     }
+    if ((size_t)region & (sz - 1)) {
+        TRACE("m0", "get_new_region: region not aligned", 0, 0);
+        munmap(region, sz);
+        region = mmap(NULL, sz * 2, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0);
+        if (region == (void *)-1) {
+            perror("get_new_region: mmap");
+            exit(-1);
+        }
+        TRACE("m0", "get_new_region: mmapped new region %p (size %p)", region, sz * 2);
+        void *aligned = (void *)(((size_t)region + sz) & ~(sz - 1));
+        size_t extra = (char *)aligned - (char *)region;
+        if (extra) {
+            munmap(region, extra);
+            TRACE("m0", "get_new_region: unmapped extra memory %p (size %p)", region, extra);
+        }
+        extra = ((char *)region + sz) - (char *)aligned;
+        if (extra) {
+            munmap((char *)aligned + sz, extra);
+            TRACE("m0", "get_new_region: unmapped extra memory %p (size %p)", (char *)aligned + sz, extra);
+        }
+        region = aligned;
+    }
     assert(region);
+    if (headers_ != NULL) {
+        LOCALIZE_THREAD_LOCAL(tid_, int);
+        header_t *h = get_header(region);
+        TRACE("m1", "get_new_region: header %p (%p)", h, h - headers_);
+
+        assert(h->scale == 0);
+        h->scale = block_scale;
+        h->owner = tid_;
+    }
+
     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);
+#ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
+    return;
+#endif
+    assert(headers_ == NULL);
+    // Allocate a region for the region headers. This could be a big chunk of memory (256MB) on 64 bit systems,
+    // but it just takes up virtual address space. Physical address space used by the headers is still proportional
+    // to the amount of memory we alloc.
+    headers_ = (header_t *)get_new_region(HEADER_REGION_SCALE); 
+    TRACE("m1", "mem_init: header region %p", headers_, 0);
+    memset(headers_, 0, (1 << HEADER_REGION_SCALE));
 }
 
 // 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?
+// TODO: maybe we want to munmap() larger size blocks?
 void nbd_free (void *x) {
+#ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
+    TRACE("m1", "nbd_free: %p", x, 0);
+#ifndef NDEBUG
+    //memset(x, 0xcd, sizeof(void *)); // bear trap
+#endif//NDEBUG
+    free(x);
+    return;
+#endif//USE_SYSTEM_MALLOC
+    TRACE("m1", "nbd_free: block %p region %p", x, (size_t)x & ~MASK(REGION_SCALE));
+
+    assert(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;
+    header_t *h = get_header(x);
+    TRACE("m1", "nbd_free: header %p scale %llu", h, h->scale);
+    assert(h->scale && h->scale <= MAX_SCALE);
+#ifndef NDEBUG
+    memset(b, 0xcd, (1 << h->scale)); // bear trap
+#endif
+    tl_t *tl = &tl_[tid_]; // thread-local data
+    if (h->owner == tid_) {
+        TRACE("m1", "nbd_free: private block, old free list head %p", tl->free_blocks[h->scale], 0);
+        b->next = tl->free_blocks[h->scale];
+        tl->free_blocks[h->scale] = b;
+    } else {
+        TRACE("m1", "nbd_free: owner %llu", h->owner, 0);
+        // push <b> onto it's owner's queue
+        VOLATILE(b->next) = NULL;
+        if (EXPECT_FALSE(tl->blocks_to[h->owner] == NULL)) {
+            VOLATILE(tl_[h->owner].blocks_from[tid_]) = b;
+        } else {
+            VOLATILE(tl->blocks_to[h->owner]->next) = b;
+        }
+        tl->blocks_to[h->owner] = 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.
+// the private free list, pull 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, allocate 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);
+#ifdef USE_SYSTEM_MALLOC
+    TRACE("m1", "nbd_malloc: request size %llu (scale %llu)", n, GET_SCALE(n));
+    void *x = malloc(n);
+    TRACE("m1", "nbd_malloc: returning %p", x, 0);
+    return x;
+#endif
+    if (EXPECT_FALSE(n == 0))
+        return NULL;
     if (n < sizeof(block_t)) {
         n = sizeof(block_t);
     }
     int b_scale = GET_SCALE(n);
+    assert(b_scale >= 2);
     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("m1", "nbd_malloc: request size %llu (scale %llu)", n, b_scale);
+    LOCALIZE_THREAD_LOCAL(tid_, int);
+    tl_t *tl = &tl_[tid_]; // thread-local data
+
+    // If our private free list is empty, try to find blocks on our public free list. If that fails,
+    // allocate a new region.
+    if (EXPECT_FALSE(tl->free_blocks[b_scale] == NULL)) {
+        for (int i = 0; i < MAX_NUM_THREADS; ++ i) {
+            block_t *x = tl->blocks_from[i];
+            if (x != NULL) {
+                block_t *next = x->next;
+                if (next != NULL) {
+                    do {
+                        header_t *h = get_header(x);
+                        x->next = tl->free_blocks[h->scale];
+                        tl->free_blocks[h->scale] = x;
+                        x = next;
+                        next = x->next;
+                    } while (next != NULL);
+                    tl->blocks_from[i] = x;
                 }
             }
         }
-        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);
+        // allocate a new region
+        if (tl->free_blocks[b_scale] == NULL) {
+            char  *region = get_new_region(b_scale);
             size_t b_size = 1 << b_scale;
-            for (int i = REGION_SIZE; i != 0; i -= b_size) {
+            size_t region_size = (b_size < REGION_SIZE) ? REGION_SIZE : b_size;
+            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;
+                b->next = tl->free_blocks[b_scale];
+                tl->free_blocks[b_scale] = b;
             }
         }
-
-        assert(pri->next);
+        assert(tl->free_blocks[b_scale] != NULL);
     }
 
     // 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);
+    block_t *b = tl->free_blocks[b_scale];
+    TRACE("m1", "nbd_malloc: returning block %p (region %p) from private list", b, (size_t)b & ~MASK(REGION_SCALE));
+    ASSERT(b);
+    ASSERT(get_header(b)->scale == b_scale);
+    tl->free_blocks[b_scale] = b->next;
     return b;
 }