source: libcfa/src/heap.cfa @ df6cc9d

ADTast-experimental
Last change on this file since df6cc9d was 80fbdc9, checked in by Peter A. Buhr <pabuhr@…>, 20 months ago

remove include for bits/locks.hfa, generalize format code in error message to remove warning

  • Property mode set to 100644
File size: 68.1 KB
Line 
1//
2// Cforall Version 1.0.0 Copyright (C) 2017 University of Waterloo
3//
4// The contents of this file are covered under the licence agreement in the
5// file "LICENCE" distributed with Cforall.
6//
7// heap.cfa --
8//
9// Author           : Peter A. Buhr
10// Created On       : Tue Dec 19 21:58:35 2017
11// Last Modified By : Peter A. Buhr
12// Last Modified On : Thu Oct 13 22:21:52 2022
13// Update Count     : 1557
14//
15
16#include <stdio.h>
17#include <string.h>                                                                             // memset, memcpy
18#include <limits.h>                                                                             // ULONG_MAX
19#include <stdlib.h>                                                                             // EXIT_FAILURE
20#include <errno.h>                                                                              // errno, ENOMEM, EINVAL
21#include <unistd.h>                                                                             // STDERR_FILENO, sbrk, sysconf
22#include <malloc.h>                                                                             // memalign, malloc_usable_size
23#include <sys/mman.h>                                                                   // mmap, munmap
24extern "C" {
25#include <sys/sysinfo.h>                                                                // get_nprocs
26} // extern "C"
27
28#include "bits/align.hfa"                                                               // libAlign
29#include "bits/defs.hfa"                                                                // likely, unlikely
30#include "concurrency/kernel/fwd.hfa"                                   // __POLL_PREEMPTION
31#include "startup.hfa"                                                                  // STARTUP_PRIORITY_MEMORY
32#include "math.hfa"                                                                             // ceiling, min
33#include "bitmanip.hfa"                                                                 // is_pow2, ceiling2
34
35// supported mallopt options
36#ifndef M_MMAP_THRESHOLD
37#define M_MMAP_THRESHOLD (-1)
38#endif // M_MMAP_THRESHOLD
39
40#ifndef M_TOP_PAD
41#define M_TOP_PAD (-2)
42#endif // M_TOP_PAD
43
44#define FASTLOOKUP                                                                              // use O(1) table lookup from allocation size to bucket size
45#define RETURNSPIN                                                                              // toggle spinlock / lockfree stack
46#define OWNERSHIP                                                                               // return freed memory to owner thread
47
48#define CACHE_ALIGN 64
49#define CALIGN __attribute__(( aligned(CACHE_ALIGN) ))
50
51#define TLSMODEL __attribute__(( tls_model("initial-exec") ))
52
53//#define __STATISTICS__
54
55enum {
56        // The default extension heap amount in units of bytes. When the current heap reaches the brk address, the brk
57        // address is extended by the extension amount.
58        __CFA_DEFAULT_HEAP_EXPANSION__ = 10 * 1024 * 1024,
59
60        // The mmap crossover point during allocation. Allocations less than this amount are allocated from buckets; values
61        // greater than or equal to this value are mmap from the operating system.
62        __CFA_DEFAULT_MMAP_START__ = 512 * 1024 + 1,
63
64        // The default unfreed storage amount in units of bytes. When the uC++ program ends it subtracts this amount from
65        // the malloc/free counter to adjust for storage the program does not free.
66        __CFA_DEFAULT_HEAP_UNFREED__ = 0
67}; // enum
68
69
70//####################### Heap Trace/Print ####################
71
72
73static bool traceHeap = false;
74
75inline bool traceHeap() libcfa_public { return traceHeap; }
76
77bool traceHeapOn() libcfa_public {
78        bool temp = traceHeap;
79        traceHeap = true;
80        return temp;
81} // traceHeapOn
82
83bool traceHeapOff() libcfa_public {
84        bool temp = traceHeap;
85        traceHeap = false;
86        return temp;
87} // traceHeapOff
88
89bool traceHeapTerm() libcfa_public { return false; }
90
91
92static bool prtFree = false;
93
94bool prtFree() {
95        return prtFree;
96} // prtFree
97
98bool prtFreeOn() {
99        bool temp = prtFree;
100        prtFree = true;
101        return temp;
102} // prtFreeOn
103
104bool prtFreeOff() {
105        bool temp = prtFree;
106        prtFree = false;
107        return temp;
108} // prtFreeOff
109
110
111//######################### Spin Lock #########################
112
113
114// pause to prevent excess processor bus usage
115#if defined( __i386 ) || defined( __x86_64 )
116        #define Pause() __asm__ __volatile__ ( "pause" : : : )
117#elif defined(__ARM_ARCH)
118        #define Pause() __asm__ __volatile__ ( "YIELD" : : : )
119#else
120        #error unsupported architecture
121#endif
122
123typedef volatile uintptr_t SpinLock_t CALIGN;                   // aligned addressable word-size
124
125static inline __attribute__((always_inline)) void lock( volatile SpinLock_t & slock ) {
126        enum { SPIN_START = 4, SPIN_END = 64 * 1024, };
127        unsigned int spin = SPIN_START;
128
129        for ( unsigned int i = 1;; i += 1 ) {
130          if ( slock == 0 && __atomic_test_and_set( &slock, __ATOMIC_SEQ_CST ) == 0 ) break; // Fence
131                for ( volatile unsigned int s = 0; s < spin; s += 1 ) Pause(); // exponential spin
132                spin += spin;                                                                   // powers of 2
133                //if ( i % 64 == 0 ) spin += spin;                              // slowly increase by powers of 2
134                if ( spin > SPIN_END ) spin = SPIN_END;                 // cap spinning
135        } // for
136} // spin_lock
137
138static inline __attribute__((always_inline)) void unlock( volatile SpinLock_t & slock ) {
139        __atomic_clear( &slock, __ATOMIC_SEQ_CST );                     // Fence
140} // spin_unlock
141
142
143//####################### Heap Statistics ####################
144
145
146#ifdef __STATISTICS__
147enum { CntTriples = 12 };                                                               // number of counter triples
148enum { MALLOC, AALLOC, CALLOC, MEMALIGN, AMEMALIGN, CMEMALIGN, RESIZE, REALLOC, FREE };
149
150struct StatsOverlay {                                                                   // overlay for iteration
151        unsigned int calls, calls_0;
152        unsigned long long int request, alloc;
153};
154
155// Heap statistics counters.
156union HeapStatistics {
157        struct {                                                                                        // minimum qualification
158                unsigned int malloc_calls, malloc_0_calls;
159                unsigned long long int malloc_storage_request, malloc_storage_alloc;
160                unsigned int aalloc_calls, aalloc_0_calls;
161                unsigned long long int aalloc_storage_request, aalloc_storage_alloc;
162                unsigned int calloc_calls, calloc_0_calls;
163                unsigned long long int calloc_storage_request, calloc_storage_alloc;
164                unsigned int memalign_calls, memalign_0_calls;
165                unsigned long long int memalign_storage_request, memalign_storage_alloc;
166                unsigned int amemalign_calls, amemalign_0_calls;
167                unsigned long long int amemalign_storage_request, amemalign_storage_alloc;
168                unsigned int cmemalign_calls, cmemalign_0_calls;
169                unsigned long long int cmemalign_storage_request, cmemalign_storage_alloc;
170                unsigned int resize_calls, resize_0_calls;
171                unsigned long long int resize_storage_request, resize_storage_alloc;
172                unsigned int realloc_calls, realloc_0_calls;
173                unsigned long long int realloc_storage_request, realloc_storage_alloc;
174                unsigned int free_calls, free_null_calls;
175                unsigned long long int free_storage_request, free_storage_alloc;
176                unsigned int return_pulls, return_pushes;
177                unsigned long long int return_storage_request, return_storage_alloc;
178                unsigned int mmap_calls, mmap_0_calls;                  // no zero calls
179                unsigned long long int mmap_storage_request, mmap_storage_alloc;
180                unsigned int munmap_calls, munmap_0_calls;              // no zero calls
181                unsigned long long int munmap_storage_request, munmap_storage_alloc;
182        };
183        struct StatsOverlay counters[CntTriples];                       // overlay for iteration
184}; // HeapStatistics
185
186static_assert( sizeof(HeapStatistics) == CntTriples * sizeof(StatsOverlay),
187                           "Heap statistics counter-triplets does not match with array size" );
188
189static void HeapStatisticsCtor( HeapStatistics & stats ) {
190        memset( &stats, '\0', sizeof(stats) );                          // very fast
191        // for ( unsigned int i = 0; i < CntTriples; i += 1 ) {
192        //      stats.counters[i].calls = stats.counters[i].calls_0 = stats.counters[i].request = stats.counters[i].alloc = 0;
193        // } // for
194} // HeapStatisticsCtor
195
196static HeapStatistics & ?+=?( HeapStatistics & lhs, const HeapStatistics & rhs ) {
197        for ( unsigned int i = 0; i < CntTriples; i += 1 ) {
198                lhs.counters[i].calls += rhs.counters[i].calls;
199                lhs.counters[i].calls_0 += rhs.counters[i].calls_0;
200                lhs.counters[i].request += rhs.counters[i].request;
201                lhs.counters[i].alloc += rhs.counters[i].alloc;
202        } // for
203        return lhs;
204} // ?+=?
205#endif // __STATISTICS__
206
207
208#define SPINLOCK 0
209#define LOCKFREE 1
210#define BUCKETLOCK SPINLOCK
211#if BUCKETLOCK == SPINLOCK
212#elif BUCKETLOCK == LOCKFREE
213#include <stackLockFree.hfa>
214#else
215        #error undefined lock type for bucket lock
216#endif // LOCKFREE
217
218// Recursive definitions: HeapManager needs size of bucket array and bucket area needs sizeof HeapManager storage.
219// Break recursion by hardcoding number of buckets and statically checking number is correct after bucket array defined.
220enum { NoBucketSizes = 91 };                                                    // number of buckets sizes
221
222struct Heap {
223        struct Storage {
224                struct Header {                                                                 // header
225                        union Kind {
226                                struct RealHeader {
227                                        union {
228                                                struct {                                                // 4-byte word => 8-byte header, 8-byte word => 16-byte header
229                                                        union {
230                                                                // 2nd low-order bit => zero filled, 3rd low-order bit => mmapped
231                                                                // FreeHeader * home;           // allocated block points back to home locations (must overlay alignment)
232                                                                void * home;                    // allocated block points back to home locations (must overlay alignment)
233                                                                size_t blockSize;               // size for munmap (must overlay alignment)
234                                                                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
235                                                                Storage * next;                 // freed block points to next freed block of same size
236                                                                #endif // SPINLOCK
237                                                        };
238                                                        size_t size;                            // allocation size in bytes
239                                                };
240                                                #if BUCKETLOCK == LOCKFREE
241                                                Link(Storage) next;                             // freed block points next freed block of same size (double-wide)
242                                                #endif // LOCKFREE
243                                        };
244                                } real; // RealHeader
245
246                                struct FakeHeader {
247                                        uintptr_t alignment;                            // 1st low-order bit => fake header & alignment
248                                        uintptr_t offset;
249                                } fake; // FakeHeader
250                        } kind; // Kind
251                } header; // Header
252
253                char pad[libAlign() - sizeof( Header )];
254                char data[0];                                                                   // storage
255        }; // Storage
256
257        static_assert( libAlign() >= sizeof( Storage ), "minimum alignment < sizeof( Storage )" );
258
259        struct __attribute__(( aligned (8) )) FreeHeader {
260                size_t blockSize __attribute__(( aligned(8) )); // size of allocations on this list
261                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
262                #ifdef OWNERSHIP
263                #ifdef RETURNSPIN
264                SpinLock_t returnLock;
265                #endif // RETURNSPIN
266                Storage * returnList;                                                   // other thread return list
267                #endif // OWNERSHIP
268                Storage * freeList;                                                             // thread free list
269                #else
270                StackLF(Storage) freeList;
271                #endif // BUCKETLOCK
272                Heap * homeManager;                                                             // heap owner (free storage to bucket, from bucket to heap)
273        }; // FreeHeader
274
275        FreeHeader freeLists[NoBucketSizes];                            // buckets for different allocation sizes
276        void * heapBuffer;                                                                      // start of free storage in buffer
277        size_t heapReserve;                                                                     // amount of remaining free storage in buffer
278
279        #if defined( __STATISTICS__ ) || defined( __CFA_DEBUG__ )
280        Heap * nextHeapManager;                                                         // intrusive link of existing heaps; traversed to collect statistics or check unfreed storage
281        #endif // __STATISTICS__ || __CFA_DEBUG__
282        Heap * nextFreeHeapManager;                                                     // intrusive link of free heaps from terminated threads; reused by new threads
283
284        #ifdef __CFA_DEBUG__
285        int64_t allocUnfreed;                                                           // running total of allocations minus frees; can be negative
286        #endif // __CFA_DEBUG__
287
288        #ifdef __STATISTICS__
289        HeapStatistics stats;                                                           // local statistic table for this heap
290        #endif // __STATISTICS__
291}; // Heap
292
293#if BUCKETLOCK == LOCKFREE
294inline __attribute__((always_inline))
295static {
296        Link(Heap.Storage) * ?`next( Heap.Storage * this ) { return &this->header.kind.real.next; }
297        void ?{}( Heap.FreeHeader & ) {}
298        void ^?{}( Heap.FreeHeader & ) {}
299} // distribution
300#endif // LOCKFREE
301
302
303struct HeapMaster {
304        SpinLock_t extLock;                                                                     // protects allocation-buffer extension
305        SpinLock_t mgrLock;                                                                     // protects freeHeapManagersList, heapManagersList, heapManagersStorage, heapManagersStorageEnd
306
307        void * heapBegin;                                                                       // start of heap
308        void * heapEnd;                                                                         // logical end of heap
309        size_t heapRemaining;                                                           // amount of storage not allocated in the current chunk
310        size_t pageSize;                                                                        // architecture pagesize
311        size_t heapExpand;                                                                      // sbrk advance
312        size_t mmapStart;                                                                       // cross over point for mmap
313        unsigned int maxBucketsUsed;                                            // maximum number of buckets in use
314
315        Heap * heapManagersList;                                                        // heap-list head
316        Heap * freeHeapManagersList;                                            // free-list head
317
318        // Heap superblocks are not linked; heaps in superblocks are linked via intrusive links.
319        Heap * heapManagersStorage;                                                     // next heap to use in heap superblock
320        Heap * heapManagersStorageEnd;                                          // logical heap outside of superblock's end
321
322        #ifdef __STATISTICS__
323        HeapStatistics stats;                                                           // global stats for thread-local heaps to add there counters when exiting
324        unsigned long int threads_started, threads_exited;      // counts threads that have started and exited
325        unsigned long int reused_heap, new_heap;                        // counts reusability of heaps
326        unsigned int sbrk_calls;
327        unsigned long long int sbrk_storage;
328        int stats_fd;
329        #endif // __STATISTICS__
330}; // HeapMaster
331
332
333#ifdef FASTLOOKUP
334enum { LookupSizes = 65_536 + sizeof(Heap.Storage) };   // number of fast lookup sizes
335static unsigned char lookup[LookupSizes];                               // O(1) lookup for small sizes
336#endif // FASTLOOKUP
337
338static volatile bool heapMasterBootFlag = false;                // trigger for first heap
339static HeapMaster heapMaster @= {};                                             // program global
340
341static void heapMasterCtor();
342static void heapMasterDtor();
343static Heap * getHeap();
344
345
346// Size of array must harmonize with NoBucketSizes and individual bucket sizes must be multiple of 16.
347// Smaller multiples of 16 and powers of 2 are common allocation sizes, so make them generate the minimum required bucket size.
348// malloc(0) returns 0p, so no bucket is necessary for 0 bytes returning an address that can be freed.
349static const unsigned int bucketSizes[] @= {                    // different bucket sizes
350        16 + sizeof(Heap.Storage), 32 + sizeof(Heap.Storage), 48 + sizeof(Heap.Storage), 64 + sizeof(Heap.Storage), // 4
351        96 + sizeof(Heap.Storage), 112 + sizeof(Heap.Storage), 128 + sizeof(Heap.Storage), // 3
352        160, 192, 224, 256 + sizeof(Heap.Storage), // 4
353        320, 384, 448, 512 + sizeof(Heap.Storage), // 4
354        640, 768, 896, 1_024 + sizeof(Heap.Storage), // 4
355        1_536, 2_048 + sizeof(Heap.Storage), // 2
356        2_560, 3_072, 3_584, 4_096 + sizeof(Heap.Storage), // 4
357        6_144, 8_192 + sizeof(Heap.Storage), // 2
358        9_216, 10_240, 11_264, 12_288, 13_312, 14_336, 15_360, 16_384 + sizeof(Heap.Storage), // 8
359        18_432, 20_480, 22_528, 24_576, 26_624, 28_672, 30_720, 32_768 + sizeof(Heap.Storage), // 8
360        36_864, 40_960, 45_056, 49_152, 53_248, 57_344, 61_440, 65_536 + sizeof(Heap.Storage), // 8
361        73_728, 81_920, 90_112, 98_304, 106_496, 114_688, 122_880, 131_072 + sizeof(Heap.Storage), // 8
362        147_456, 163_840, 180_224, 196_608, 212_992, 229_376, 245_760, 262_144 + sizeof(Heap.Storage), // 8
363        294_912, 327_680, 360_448, 393_216, 425_984, 458_752, 491_520, 524_288 + sizeof(Heap.Storage), // 8
364        655_360, 786_432, 917_504, 1_048_576 + sizeof(Heap.Storage), // 4
365        1_179_648, 1_310_720, 1_441_792, 1_572_864, 1_703_936, 1_835_008, 1_966_080, 2_097_152 + sizeof(Heap.Storage), // 8
366        2_621_440, 3_145_728, 3_670_016, 4_194_304 + sizeof(Heap.Storage), // 4
367};
368
369static_assert( NoBucketSizes == sizeof(bucketSizes) / sizeof(bucketSizes[0] ), "size of bucket array wrong" );
370
371
372// extern visibility, used by runtime kernel
373libcfa_public size_t __page_size;                                               // architecture pagesize
374libcfa_public int __map_prot;                                                   // common mmap/mprotect protection
375
376
377// Thread-local storage is allocated lazily when the storage is accessed.
378static __thread size_t PAD1 CALIGN TLSMODEL __attribute__(( unused )); // protect false sharing
379static __thread Heap * volatile heapManager CALIGN TLSMODEL;
380static __thread size_t PAD2 CALIGN TLSMODEL __attribute__(( unused )); // protect further false sharing
381
382
383// declare helper functions for HeapMaster
384void noMemory();                                                                                // forward, called by "builtin_new" when malloc returns 0
385
386
387// generic Bsearchl does not inline, so substitute with hand-coded binary-search.
388inline __attribute__((always_inline))
389static size_t Bsearchl( unsigned int key, const unsigned int vals[], size_t dim ) {
390        size_t l = 0, m, h = dim;
391        while ( l < h ) {
392                m = (l + h) / 2;
393                if ( (unsigned int &)(vals[m]) < key ) {                // cast away const
394                        l = m + 1;
395                } else {
396                        h = m;
397                } // if
398        } // while
399        return l;
400} // Bsearchl
401
402
403void heapMasterCtor() with( heapMaster ) {
404        // Singleton pattern to initialize heap master
405
406        verify( bucketSizes[0] == (16 + sizeof(Heap.Storage)) );
407
408        __page_size = sysconf( _SC_PAGESIZE );
409        __map_prot = PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC;
410
411        ?{}( extLock );
412        ?{}( mgrLock );
413
414        char * end = (char *)sbrk( 0 );
415        heapBegin = heapEnd = sbrk( (char *)ceiling2( (long unsigned int)end, libAlign() ) - end ); // move start of heap to multiple of alignment
416        heapRemaining = 0;
417        heapExpand = malloc_expansion();
418        mmapStart = malloc_mmap_start();
419
420        // find the closest bucket size less than or equal to the mmapStart size
421        maxBucketsUsed = Bsearchl( mmapStart, bucketSizes, NoBucketSizes ); // binary search
422
423        verify( (mmapStart >= pageSize) && (bucketSizes[NoBucketSizes - 1] >= mmapStart) );
424        verify( maxBucketsUsed < NoBucketSizes );                       // subscript failure ?
425        verify( mmapStart <= bucketSizes[maxBucketsUsed] ); // search failure ?
426
427        heapManagersList = 0p;
428        freeHeapManagersList = 0p;
429
430        heapManagersStorage = 0p;
431        heapManagersStorageEnd = 0p;
432
433        #ifdef __STATISTICS__
434        HeapStatisticsCtor( stats );                                            // clear statistic counters
435        threads_started = threads_exited = 0;
436        reused_heap = new_heap = 0;
437        sbrk_calls = sbrk_storage = 0;
438        stats_fd = STDERR_FILENO;
439        #endif // __STATISTICS__
440
441        #ifdef FASTLOOKUP
442        for ( unsigned int i = 0, idx = 0; i < LookupSizes; i += 1 ) {
443                if ( i > bucketSizes[idx] ) idx += 1;
444                lookup[i] = idx;
445                verify( i <= bucketSizes[idx] );
446                verify( (i <= 32 && idx == 0) || (i > bucketSizes[idx - 1]) );
447        } // for
448        #endif // FASTLOOKUP
449
450        heapMasterBootFlag = true;
451} // heapMasterCtor
452
453
454#define NO_MEMORY_MSG "**** Error **** insufficient heap memory available to allocate %zd new bytes."
455
456Heap * getHeap() with( heapMaster ) {
457        Heap * heap;
458        if ( freeHeapManagersList ) {                                           // free heap for reused ?
459                heap = freeHeapManagersList;
460                freeHeapManagersList = heap->nextFreeHeapManager;
461
462                #ifdef __STATISTICS__
463                reused_heap += 1;
464                #endif // __STATISTICS__
465        } else {                                                                                        // free heap not found, create new
466                // Heap size is about 12K, FreeHeader (128 bytes because of cache alignment) * NoBucketSizes (91) => 128 heaps *
467                // 12K ~= 120K byte superblock.  Where 128-heap superblock handles a medium sized multi-processor server.
468                size_t remaining = heapManagersStorageEnd - heapManagersStorage; // remaining free heaps in superblock
469                if ( ! heapManagersStorage || remaining != 0 ) {
470                        // Each block of heaps is a multiple of the number of cores on the computer.
471                        int HeapDim = get_nprocs();                                     // get_nprocs_conf does not work
472                        size_t size = HeapDim * sizeof( Heap );
473
474                        heapManagersStorage = (Heap *)mmap( 0, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0 );
475                        if ( unlikely( heapManagersStorage == (Heap *)MAP_FAILED ) ) { // failed ?
476                                if ( errno == ENOMEM ) abort( NO_MEMORY_MSG, size ); // no memory
477                                // Do not call strerror( errno ) as it may call malloc.
478                                abort( "**** Error **** attempt to allocate block of heaps of size %zu bytes and mmap failed with errno %d.", size, errno );
479                        } // if
480                        heapManagersStorageEnd = &heapManagersStorage[HeapDim]; // outside array
481                } // if
482
483                heap = heapManagersStorage;
484                heapManagersStorage = heapManagersStorage + 1; // bump next heap
485
486                #if defined( __STATISTICS__ ) || defined( __CFA_DEBUG__ )
487                heap->nextHeapManager = heapManagersList;
488                #endif // __STATISTICS__ || __CFA_DEBUG__
489                heapManagersList = heap;
490
491                #ifdef __STATISTICS__
492                new_heap += 1;
493                #endif // __STATISTICS__
494
495                with( *heap ) {
496                        for ( unsigned int j = 0; j < NoBucketSizes; j += 1 ) { // initialize free lists
497                                #ifdef OWNERSHIP
498                                #ifdef RETURNSPIN
499                                ?{}( freeLists[j].returnLock );
500                                #endif // RETURNSPIN
501                                freeLists[j].returnList = 0p;
502                                #endif // OWNERSHIP
503                                freeLists[j].freeList = 0p;
504                                freeLists[j].homeManager = heap;
505                                freeLists[j].blockSize = bucketSizes[j];
506                        } // for
507       
508                        heapBuffer = 0p;
509                        heapReserve = 0;
510                        nextFreeHeapManager = 0p;
511                        #ifdef __CFA_DEBUG__
512                        allocUnfreed = 0;
513                        #endif // __CFA_DEBUG__
514                } // with
515        } // if
516
517        return heap;
518} // getHeap
519
520
521void heapManagerCtor() libcfa_public {
522        if ( unlikely( ! heapMasterBootFlag ) ) heapMasterCtor();
523
524        lock( heapMaster.mgrLock );             // protect heapMaster counters
525
526        // get storage for heap manager
527
528        heapManager = getHeap();
529
530        #ifdef __STATISTICS__
531        HeapStatisticsCtor( heapManager->stats );                       // heap local
532        heapMaster.threads_started += 1;
533        #endif // __STATISTICS__
534
535        unlock( heapMaster.mgrLock );
536} // heapManagerCtor
537
538
539void heapManagerDtor() libcfa_public {
540        lock( heapMaster.mgrLock );
541
542        // place heap on list of free heaps for reusability
543        heapManager->nextFreeHeapManager = heapMaster.freeHeapManagersList;
544        heapMaster.freeHeapManagersList = heapManager;
545
546        #ifdef __STATISTICS__
547        heapMaster.threads_exited += 1;
548        #endif // __STATISTICS__
549
550        // Do not set heapManager to NULL because it is used after Cforall is shutdown but before the program shuts down.
551
552        unlock( heapMaster.mgrLock );
553} // heapManagerDtor
554
555
556//####################### Memory Allocation Routines Helpers ####################
557
558
559extern int cfa_main_returned;                                                   // from interpose.cfa
560extern "C" {
561        void memory_startup( void ) {
562                if ( ! heapMasterBootFlag ) heapManagerCtor();  // sanity check
563        } // memory_startup
564
565        void memory_shutdown( void ) {
566                heapManagerDtor();
567        } // memory_shutdown
568
569        void heapAppStart() {                                                           // called by __cfaabi_appready_startup
570                verify( heapManager );
571                #ifdef __CFA_DEBUG__
572                heapManager->allocUnfreed = 0;                                  // clear prior allocation counts
573                #endif // __CFA_DEBUG__
574
575                #ifdef __STATISTICS__
576                HeapStatisticsCtor( heapManager->stats );               // clear prior statistic counters
577                #endif // __STATISTICS__
578        } // heapAppStart
579
580        void heapAppStop() {                                                            // called by __cfaabi_appready_startdown
581                fclose( stdin ); fclose( stdout );                              // free buffer storage
582          if ( ! cfa_main_returned ) return;                            // do not check unfreed storage if exit called
583
584                #ifdef __CFA_DEBUG__
585                // allocUnfreed is set to 0 when a heap is created and it accumulates any unfreed storage during its multiple thread
586                // usages.  At the end, add up each heap allocUnfreed value across all heaps to get the total unfreed storage.
587                int64_t allocUnfreed = 0;
588                for ( Heap * heap = heapMaster.heapManagersList; heap; heap = heap->nextHeapManager ) {
589                        allocUnfreed += heap->allocUnfreed;
590                } // for
591
592                allocUnfreed -= malloc_unfreed();                               // subtract any user specified unfreed storage
593                if ( allocUnfreed > 0 ) {
594                        // DO NOT USE STREAMS AS THEY MAY BE UNAVAILABLE AT THIS POINT.
595                        char helpText[512];
596                        __cfaabi_bits_print_buffer( STDERR_FILENO, helpText, sizeof(helpText),
597                                                                                "CFA warning (UNIX pid:%ld) : program terminating with %ju(0x%jx) bytes of storage allocated but not freed.\n"
598                                                                                "Possible cause is unfreed storage allocated by the program or system/library routines called from the program.\n",
599                                                                                (long int)getpid(), allocUnfreed, allocUnfreed ); // always print the UNIX pid
600                } // if
601                #endif // __CFA_DEBUG__
602        } // heapAppStop
603} // extern "C"
604
605
606#ifdef __STATISTICS__
607static HeapStatistics stats;                                                    // zero filled
608
609#define prtFmt \
610        "\nHeap statistics: (storage request / allocation)\n" \
611        "  malloc    >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
612        "  aalloc    >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
613        "  calloc    >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
614        "  memalign  >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
615        "  amemalign >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
616        "  cmemalign >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
617        "  resize    >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
618        "  realloc   >0 calls %'u; 0 calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
619        "  free      !null calls %'u; null calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
620        "  return    pulls %'u; pushes %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
621        "  sbrk      calls %'u; storage %'llu bytes\n" \
622        "  mmap      calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
623        "  munmap    calls %'u; storage %'llu / %'llu bytes\n" \
624        "  threads   started %'lu; exited %'lu\n" \
625        "  heaps     new %'lu; reused %'lu\n"
626
627// Use "write" because streams may be shutdown when calls are made.
628static int printStats( HeapStatistics & stats ) with( heapMaster, stats ) {     // see malloc_stats
629        char helpText[sizeof(prtFmt) + 1024];                           // space for message and values
630        return __cfaabi_bits_print_buffer( stats_fd, helpText, sizeof(helpText), prtFmt,
631                        malloc_calls, malloc_0_calls, malloc_storage_request, malloc_storage_alloc,
632                        aalloc_calls, aalloc_0_calls, aalloc_storage_request, aalloc_storage_alloc,
633                        calloc_calls, calloc_0_calls, calloc_storage_request, calloc_storage_alloc,
634                        memalign_calls, memalign_0_calls, memalign_storage_request, memalign_storage_alloc,
635                        amemalign_calls, amemalign_0_calls, amemalign_storage_request, amemalign_storage_alloc,
636                        cmemalign_calls, cmemalign_0_calls, cmemalign_storage_request, cmemalign_storage_alloc,
637                        resize_calls, resize_0_calls, resize_storage_request, resize_storage_alloc,
638                        realloc_calls, realloc_0_calls, realloc_storage_request, realloc_storage_alloc,
639                        free_calls, free_null_calls, free_storage_request, free_storage_alloc,
640                        return_pulls, return_pushes, return_storage_request, return_storage_alloc,
641                        sbrk_calls, sbrk_storage,
642                        mmap_calls, mmap_storage_request, mmap_storage_alloc,
643                        munmap_calls, munmap_storage_request, munmap_storage_alloc,
644                        threads_started, threads_exited,
645                        new_heap, reused_heap
646                );
647} // printStats
648
649#define prtFmtXML \
650        "<malloc version=\"1\">\n" \
651        "<heap nr=\"0\">\n" \
652        "<sizes>\n" \
653        "</sizes>\n" \
654        "<total type=\"malloc\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
655        "<total type=\"aalloc\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
656        "<total type=\"calloc\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
657        "<total type=\"memalign\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
658        "<total type=\"amemalign\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
659        "<total type=\"cmemalign\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
660        "<total type=\"resize\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
661        "<total type=\"realloc\" >0 count=\"%'u;\" 0 count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
662        "<total type=\"free\" !null=\"%'u;\" 0 null=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
663        "<total type=\"return\" pulls=\"%'u;\" 0 pushes=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
664        "<total type=\"sbrk\" count=\"%'u;\" size=\"%'llu\"/> bytes\n" \
665        "<total type=\"mmap\" count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\" / > bytes\n" \
666        "<total type=\"munmap\" count=\"%'u;\" size=\"%'llu / %'llu\"/> bytes\n" \
667        "<total type=\"threads\" started=\"%'lu;\" exited=\"%'lu\"/>\n" \
668        "<total type=\"heaps\" new=\"%'lu;\" reused=\"%'lu\"/>\n" \
669        "</malloc>"
670
671static int printStatsXML( HeapStatistics & stats, FILE * stream ) with( heapMaster, stats ) { // see malloc_info
672        char helpText[sizeof(prtFmtXML) + 1024];                        // space for message and values
673        return __cfaabi_bits_print_buffer( fileno( stream ), helpText, sizeof(helpText), prtFmtXML,
674                        malloc_calls, malloc_0_calls, malloc_storage_request, malloc_storage_alloc,
675                        aalloc_calls, aalloc_0_calls, aalloc_storage_request, aalloc_storage_alloc,
676                        calloc_calls, calloc_0_calls, calloc_storage_request, calloc_storage_alloc,
677                        memalign_calls, memalign_0_calls, memalign_storage_request, memalign_storage_alloc,
678                        amemalign_calls, amemalign_0_calls, amemalign_storage_request, amemalign_storage_alloc,
679                        cmemalign_calls, cmemalign_0_calls, cmemalign_storage_request, cmemalign_storage_alloc,
680                        resize_calls, resize_0_calls, resize_storage_request, resize_storage_alloc,
681                        realloc_calls, realloc_0_calls, realloc_storage_request, realloc_storage_alloc,
682                        free_calls, free_null_calls, free_storage_request, free_storage_alloc,
683                        return_pulls, return_pushes, return_storage_request, return_storage_alloc,
684                        sbrk_calls, sbrk_storage,
685                        mmap_calls, mmap_storage_request, mmap_storage_alloc,
686                    munmap_calls, munmap_storage_request, munmap_storage_alloc,
687                        threads_started, threads_exited,
688                        new_heap, reused_heap
689                );
690} // printStatsXML
691
692static HeapStatistics & collectStats( HeapStatistics & stats ) with( heapMaster ) {
693        lock( mgrLock );
694
695        stats += heapMaster.stats;
696        for ( Heap * heap = heapManagersList; heap; heap = heap->nextHeapManager ) {
697                stats += heap->stats;
698        } // for
699
700        unlock( mgrLock );
701        return stats;
702} // collectStats
703#endif // __STATISTICS__
704
705
706static bool setMmapStart( size_t value ) with( heapMaster ) { // true => mmapped, false => sbrk
707  if ( value < __page_size || bucketSizes[NoBucketSizes - 1] < value ) return false;
708        mmapStart = value;                                                                      // set global
709
710        // find the closest bucket size less than or equal to the mmapStart size
711        maxBucketsUsed = Bsearchl( mmapStart, bucketSizes, NoBucketSizes ); // binary search
712        verify( maxBucketsUsed < NoBucketSizes );                       // subscript failure ?
713        verify( mmapStart <= bucketSizes[maxBucketsUsed] ); // search failure ?
714        return true;
715} // setMmapStart
716
717
718// <-------+----------------------------------------------------> bsize (bucket size)
719// |header |addr
720//==================================================================================
721//                   align/offset |
722// <-----------------<------------+-----------------------------> bsize (bucket size)
723//                   |fake-header | addr
724#define HeaderAddr( addr ) ((Heap.Storage.Header *)( (char *)addr - sizeof(Heap.Storage) ))
725#define RealHeader( header ) ((Heap.Storage.Header *)((char *)header - header->kind.fake.offset))
726
727// <-------<<--------------------- dsize ---------------------->> bsize (bucket size)
728// |header |addr
729//==================================================================================
730//                   align/offset |
731// <------------------------------<<---------- dsize --------->>> bsize (bucket size)
732//                   |fake-header |addr
733#define DataStorage( bsize, addr, header ) (bsize - ( (char *)addr - (char *)header ))
734
735
736inline __attribute__((always_inline))
737static void checkAlign( size_t alignment ) {
738        if ( unlikely( alignment < libAlign() || ! is_pow2( alignment ) ) ) {
739                abort( "**** Error **** alignment %zu for memory allocation is less than %d and/or not a power of 2.", alignment, libAlign() );
740        } // if
741} // checkAlign
742
743
744inline __attribute__((always_inline))
745static void checkHeader( bool check, const char name[], void * addr ) {
746        if ( unlikely( check ) ) {                                                      // bad address ?
747                abort( "**** Error **** attempt to %s storage %p with address outside the heap.\n"
748                           "Possible cause is duplicate free on same block or overwriting of memory.",
749                           name, addr );
750        } // if
751} // checkHeader
752
753
754// Manipulate sticky bits stored in unused 3 low-order bits of an address.
755//   bit0 => alignment => fake header
756//   bit1 => zero filled (calloc)
757//   bit2 => mapped allocation versus sbrk
758#define StickyBits( header ) (((header)->kind.real.blockSize & 0x7))
759#define ClearStickyBits( addr ) (typeof(addr))((uintptr_t)(addr) & ~7)
760#define MarkAlignmentBit( align ) ((align) | 1)
761#define AlignmentBit( header ) ((((header)->kind.fake.alignment) & 1))
762#define ClearAlignmentBit( header ) (((header)->kind.fake.alignment) & ~1)
763#define ZeroFillBit( header ) ((((header)->kind.real.blockSize) & 2))
764#define ClearZeroFillBit( header ) ((((header)->kind.real.blockSize) &= ~2))
765#define MarkZeroFilledBit( header ) ((header)->kind.real.blockSize |= 2)
766#define MmappedBit( header ) ((((header)->kind.real.blockSize) & 4))
767#define MarkMmappedBit( size ) ((size) | 4)
768
769
770inline __attribute__((always_inline))
771static void fakeHeader( Heap.Storage.Header *& header, size_t & alignment ) {
772        if ( unlikely( AlignmentBit( header ) ) ) {                     // fake header ?
773                alignment = ClearAlignmentBit( header );                // clear flag from value
774                #ifdef __CFA_DEBUG__
775                checkAlign( alignment );                                                // check alignment
776                #endif // __CFA_DEBUG__
777                header = RealHeader( header );                                  // backup from fake to real header
778        } else {
779                alignment = libAlign();                                                 // => no fake header
780        } // if
781} // fakeHeader
782
783
784inline __attribute__((always_inline))
785static bool headers( const char name[] __attribute__(( unused )), void * addr, Heap.Storage.Header *& header,
786                                                        Heap.FreeHeader *& freeHead, size_t & size, size_t & alignment ) with( heapMaster, *heapManager ) {
787        header = HeaderAddr( addr );
788
789        #ifdef __CFA_DEBUG__
790        checkHeader( header < (Heap.Storage.Header *)heapBegin, name, addr ); // bad low address ?
791        #endif // __CFA_DEBUG__
792
793        if ( likely( ! StickyBits( header ) ) ) {                       // no sticky bits ?
794                freeHead = (Heap.FreeHeader *)(header->kind.real.home);
795                alignment = libAlign();
796        } else {
797                fakeHeader( header, alignment );
798                if ( unlikely( MmappedBit( header ) ) ) {               // mmapped ?
799                        verify( addr < heapBegin || heapEnd < addr );
800                        size = ClearStickyBits( header->kind.real.blockSize ); // mmap size
801                        return true;
802                } // if
803
804                freeHead = (Heap.FreeHeader *)(ClearStickyBits( header->kind.real.home ));
805        } // if
806        size = freeHead->blockSize;
807
808        #ifdef __CFA_DEBUG__
809        checkHeader( header < (Heap.Storage.Header *)heapBegin || (Heap.Storage.Header *)heapEnd < header, name, addr ); // bad address ? (offset could be + or -)
810
811        Heap * homeManager;
812        if ( unlikely( freeHead == 0p || // freed and only free-list node => null link
813                                   // freed and link points at another free block not to a bucket in the bucket array.
814                                   (homeManager = freeHead->homeManager, freeHead < &homeManager->freeLists[0] ||
815                                        &homeManager->freeLists[NoBucketSizes] <= freeHead ) ) ) {
816                abort( "**** Error **** attempt to %s storage %p with corrupted header.\n"
817                           "Possible cause is duplicate free on same block or overwriting of header information.",
818                           name, addr );
819        } // if
820        #endif // __CFA_DEBUG__
821
822        return false;
823} // headers
824
825
826static void * master_extend( size_t size ) with( heapMaster ) {
827        lock( extLock );
828
829        ptrdiff_t rem = heapRemaining - size;
830        if ( unlikely( rem < 0 ) ) {
831                // If the size requested is bigger than the current remaining storage, increase the size of the heap.
832
833                size_t increase = ceiling2( size > heapExpand ? size : heapExpand, libAlign() );
834                // Do not call abort or strerror( errno ) as they may call malloc.
835                if ( unlikely( sbrk( increase ) == (void *)-1 ) ) {     // failed, no memory ?
836                        unlock( extLock );
837                        abort( NO_MEMORY_MSG, size );                           // no memory
838                } // if
839
840                // Make storage executable for thunks.
841                if ( mprotect( (char *)heapEnd + heapRemaining, increase, __map_prot ) ) {
842                        unlock( extLock );
843                        abort( "**** Error **** attempt to make heap storage executable for thunks and mprotect failed with errno %d.", errno );
844                } // if
845
846                rem = heapRemaining + increase - size;
847
848                #ifdef __STATISTICS__
849                sbrk_calls += 1;
850                sbrk_storage += increase;
851                #endif // __STATISTICS__
852        } // if
853
854        Heap.Storage * block = (Heap.Storage *)heapEnd;
855        heapRemaining = rem;
856        heapEnd = (char *)heapEnd + size;
857
858        unlock( extLock );
859        return block;
860} // master_extend
861
862
863__attribute__(( noinline ))
864static void * manager_extend( size_t size ) with( *heapManager ) {
865        ptrdiff_t rem = heapReserve - size;
866
867        if ( unlikely( rem < 0 ) ) {                                            // negative
868                // If the size requested is bigger than the current remaining reserve, use the current reserve to populate
869                // smaller freeLists, and increase the reserve.
870
871                rem = heapReserve;                                                              // positive
872
873                if ( rem >= bucketSizes[0] ) {                                  // minimal size ? otherwise ignore
874                        size_t bucket;
875                        #ifdef FASTLOOKUP
876                        if ( likely( rem < LookupSizes ) ) bucket = lookup[rem];
877                        #endif // FASTLOOKUP
878                                bucket = Bsearchl( rem, bucketSizes, heapMaster.maxBucketsUsed );
879                        verify( 0 <= bucket && bucket <= heapMaster.maxBucketsUsed );
880                        Heap.FreeHeader * freeHead = &(freeLists[bucket]);
881
882                        // The remaining storage many not be bucket size, whereas all other allocations are. Round down to previous
883                        // bucket size in this case.
884                        if ( unlikely( freeHead->blockSize > (size_t)rem ) ) freeHead -= 1;
885                        Heap.Storage * block = (Heap.Storage *)heapBuffer;
886
887                        block->header.kind.real.next = freeHead->freeList; // push on stack
888                        freeHead->freeList = block;
889                } // if
890
891                size_t increase = ceiling( size > ( heapMaster.heapExpand / 10 ) ? size : ( heapMaster.heapExpand / 10 ), libAlign() );
892                heapBuffer = master_extend( increase );
893                rem = increase - size;
894        } // if
895
896        Heap.Storage * block = (Heap.Storage *)heapBuffer;
897        heapReserve = rem;
898        heapBuffer = (char *)heapBuffer + size;
899
900        return block;
901} // manager_extend
902
903
904#define BOOT_HEAP_MANAGER \
905        if ( unlikely( ! heapMasterBootFlag ) ) { \
906                heapManagerCtor(); /* trigger for first heap */ \
907        } /* if */
908
909#ifdef __STATISTICS__
910#define STAT_NAME __counter
911#define STAT_PARM , unsigned int STAT_NAME
912#define STAT_ARG( name ) , name
913#define STAT_0_CNT( counter ) stats.counters[counter].calls_0 += 1
914#else
915#define STAT_NAME
916#define STAT_PARM
917#define STAT_ARG( name )
918#define STAT_0_CNT( counter )
919#endif // __STATISTICS__
920
921#define PROLOG( counter, ... ) \
922        BOOT_HEAP_MANAGER; \
923        if ( unlikely( size == 0 ) ||                                           /* 0 BYTE ALLOCATION RETURNS NULL POINTER */ \
924                unlikely( size > ULONG_MAX - sizeof(Heap.Storage) ) ) { /* error check */ \
925                STAT_0_CNT( counter ); \
926                __VA_ARGS__; \
927                return 0p; \
928        } /* if */
929
930
931#define SCRUB_SIZE 1024lu
932// Do not use '\xfe' for scrubbing because dereferencing an address composed of it causes a SIGSEGV *without* a valid IP
933// pointer in the interrupt frame.
934#define SCRUB '\xff'
935
936static void * doMalloc( size_t size STAT_PARM ) libcfa_nopreempt with( *heapManager ) {
937        PROLOG( STAT_NAME );
938
939        verify( heapManager );
940        Heap.Storage * block;                                                           // pointer to new block of storage
941
942        // Look up size in the size list.  Make sure the user request includes space for the header that must be allocated
943        // along with the block and is a multiple of the alignment size.
944        size_t tsize = size + sizeof(Heap.Storage);
945
946        #ifdef __STATISTICS__
947        stats.counters[STAT_NAME].calls += 1;
948        stats.counters[STAT_NAME].request += size;
949        #endif // __STATISTICS__
950
951        #ifdef __CFA_DEBUG__
952        allocUnfreed += size;
953        #endif // __CFA_DEBUG__
954
955        if ( likely( tsize < heapMaster.mmapStart ) ) {         // small size => sbrk
956                size_t bucket;
957                #ifdef FASTLOOKUP
958                if ( likely( tsize < LookupSizes ) ) bucket = lookup[tsize];
959                else
960                #endif // FASTLOOKUP
961                        bucket = Bsearchl( tsize, bucketSizes, heapMaster.maxBucketsUsed );
962                verify( 0 <= bucket && bucket <= heapMaster.maxBucketsUsed );
963                Heap.FreeHeader * freeHead = &freeLists[bucket];
964
965                verify( freeHead <= &freeLists[heapMaster.maxBucketsUsed] ); // subscripting error ?
966                verify( tsize <= freeHead->blockSize );                 // search failure ?
967
968                tsize = freeHead->blockSize;                                    // total space needed for request
969                #ifdef __STATISTICS__
970                stats.counters[STAT_NAME].alloc += tsize;
971                #endif // __STATISTICS__
972
973                // Spin until the lock is acquired for this particular size of block.
974
975                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
976                block = freeHead->freeList;                                             // remove node from stack
977                #else
978                block = pop( freeHead->freeList );
979                #endif // BUCKETLOCK
980                if ( unlikely( block == 0p ) ) {                                // no free block ?
981                        #ifdef OWNERSHIP
982                        // Freelist for that size is empty, so carve it out of the heap, if there is enough left, or get some more
983                        // and then carve it off.
984                        #ifdef RETURNSPIN
985                        #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
986                        lock( freeHead->returnLock );
987                        block = freeHead->returnList;
988                        freeHead->returnList = 0p;
989                        unlock( freeHead->returnLock );
990                        #else
991                        block = __atomic_exchange_n( &freeHead->returnList, nullptr, __ATOMIC_SEQ_CST );
992                        #endif // RETURNSPIN
993
994                        if ( likely( block == 0p ) ) {                  // return list also empty?
995                        #endif // OWNERSHIP
996                                // Do not leave kernel thread as manager_extend accesses heapManager.
997                                disable_interrupts();
998                                block = (Heap.Storage *)manager_extend( tsize ); // mutual exclusion on call
999                                enable_interrupts( false );
1000
1001                                // OK TO BE PREEMPTED HERE AS heapManager IS NO LONGER ACCESSED.
1002
1003                                #ifdef __CFA_DEBUG__
1004                                // Scrub new memory so subsequent uninitialized usages might fail. Only scrub the first 1024 bytes.
1005                                memset( block->data, SCRUB, min( SCRUB_SIZE, tsize - sizeof(Heap.Storage) ) );
1006                                #endif // __CFA_DEBUG__
1007                        #endif // BUCKETLOCK
1008                        #ifdef OWNERSHIP
1009                        } else {                                                                        // merge returnList into freeHead
1010                                #ifdef __STATISTICS__
1011                                stats.return_pulls += 1;
1012                                #endif // __STATISTICS__
1013
1014                                // OK TO BE PREEMPTED HERE AS heapManager IS NO LONGER ACCESSED.
1015
1016                                freeHead->freeList = block->header.kind.real.next;
1017                        } // if
1018                        #endif // OWNERSHIP
1019                } else {
1020                        // Memory is scrubbed in doFree.
1021                        freeHead->freeList = block->header.kind.real.next;
1022                } // if
1023
1024                block->header.kind.real.home = freeHead;                // pointer back to free list of apropriate size
1025        } else {                                                                                        // large size => mmap
1026  if ( unlikely( size > ULONG_MAX - __page_size ) ) return 0p;
1027                tsize = ceiling2( tsize, __page_size );                 // must be multiple of page size
1028                #ifdef __STATISTICS__
1029                stats.counters[STAT_NAME].alloc += tsize;
1030                stats.mmap_calls += 1;
1031                stats.mmap_storage_request += size;
1032                stats.mmap_storage_alloc += tsize;
1033                #endif // __STATISTICS__
1034
1035                disable_interrupts();
1036                block = (Heap.Storage *)mmap( 0, tsize, __map_prot, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0 );
1037                enable_interrupts( false );
1038
1039                // OK TO BE PREEMPTED HERE AS heapManager IS NO LONGER ACCESSED.
1040
1041                if ( unlikely( block == (Heap.Storage *)MAP_FAILED ) ) { // failed ?
1042                        if ( errno == ENOMEM ) abort( NO_MEMORY_MSG, tsize ); // no memory
1043                        // Do not call strerror( errno ) as it may call malloc.
1044                        abort( "**** Error **** attempt to allocate large object (> %zu) of size %zu bytes and mmap failed with errno %d.", size, heapMaster.mmapStart, errno );
1045                } // if
1046                block->header.kind.real.blockSize = MarkMmappedBit( tsize ); // storage size for munmap
1047
1048                #ifdef __CFA_DEBUG__
1049                // Scrub new memory so subsequent uninitialized usages might fail. Only scrub the first 1024 bytes.  The rest of
1050                // the storage set to 0 by mmap.
1051                memset( block->data, SCRUB, min( SCRUB_SIZE, tsize - sizeof(Heap.Storage) ) );
1052                #endif // __CFA_DEBUG__
1053        } // if
1054
1055        block->header.kind.real.size = size;                            // store allocation size
1056        void * addr = &(block->data);                                           // adjust off header to user bytes
1057        verify( ((uintptr_t)addr & (libAlign() - 1)) == 0 ); // minimum alignment ?
1058
1059        #ifdef __CFA_DEBUG__
1060        if ( traceHeap() ) {
1061                char helpText[64];
1062                __cfaabi_bits_print_buffer( STDERR_FILENO, helpText, sizeof(helpText),
1063                                                                        "%p = Malloc( %zu ) (allocated %zu)\n", addr, size, tsize ); // print debug/nodebug
1064        } // if
1065        #endif // __CFA_DEBUG__
1066
1067//      poll_interrupts();                                                                      // call rollforward
1068
1069        return addr;
1070} // doMalloc
1071
1072
1073static void doFree( void * addr ) libcfa_nopreempt with( *heapManager ) {
1074        verify( addr );
1075
1076        // detect free after thread-local storage destruction and use global stats in that case
1077
1078        Heap.Storage.Header * header;
1079        Heap.FreeHeader * freeHead;
1080        size_t size, alignment;
1081
1082        bool mapped = headers( "free", addr, header, freeHead, size, alignment );
1083        #if defined( __STATISTICS__ ) || defined( __CFA_DEBUG__ )
1084        size_t rsize = header->kind.real.size;                          // optimization
1085        #endif // __STATISTICS__ || __CFA_DEBUG__
1086
1087        #ifdef __STATISTICS__
1088        stats.free_storage_request += rsize;
1089        stats.free_storage_alloc += size;
1090        #endif // __STATISTICS__
1091
1092        #ifdef __CFA_DEBUG__
1093        allocUnfreed -= rsize;
1094        #endif // __CFA_DEBUG__
1095
1096        if ( unlikely( mapped ) ) {                                                     // mmapped ?
1097                #ifdef __STATISTICS__
1098                stats.munmap_calls += 1;
1099                stats.munmap_storage_request += rsize;
1100                stats.munmap_storage_alloc += size;
1101                #endif // __STATISTICS__
1102
1103                // OK TO BE PREEMPTED HERE AS heapManager IS NO LONGER ACCESSED.
1104
1105                // Does not matter where this storage is freed.
1106                if ( unlikely( munmap( header, size ) == -1 ) ) {
1107                        // Do not call strerror( errno ) as it may call malloc.
1108                        abort( "**** Error **** attempt to deallocate large object %p and munmap failed with errno %d.\n"
1109                                   "Possible cause is invalid delete pointer: either not allocated or with corrupt header.",
1110                                   addr, errno );
1111                } // if
1112        } else {
1113                #ifdef __CFA_DEBUG__
1114                // memset is NOT always inlined!
1115                disable_interrupts();
1116                // Scrub old memory so subsequent usages might fail. Only scrub the first/last SCRUB_SIZE bytes.
1117                char * data = ((Heap.Storage *)header)->data;   // data address
1118                size_t dsize = size - sizeof(Heap.Storage);             // data size
1119                if ( dsize <= SCRUB_SIZE * 2 ) {
1120                        memset( data, SCRUB, dsize );                           // scrub all
1121                } else {
1122                        memset( data, SCRUB, SCRUB_SIZE );                      // scrub front
1123                        memset( data + dsize - SCRUB_SIZE, SCRUB, SCRUB_SIZE ); // scrub back
1124                } // if
1125                enable_interrupts( false );
1126                #endif // __CFA_DEBUG__
1127
1128                if ( likely( heapManager == freeHead->homeManager ) ) { // belongs to this thread
1129                        header->kind.real.next = freeHead->freeList; // push on stack
1130                        freeHead->freeList = (Heap.Storage *)header;
1131                } else {                                                                                // return to thread owner
1132                        verify( heapManager );
1133
1134                        #ifdef OWNERSHIP
1135                        #ifdef RETURNSPIN
1136                        lock( freeHead->returnLock );
1137                        header->kind.real.next = freeHead->returnList; // push to bucket return list
1138                        freeHead->returnList = (Heap.Storage *)header;
1139                        unlock( freeHead->returnLock );
1140                        #else                                                                           // lock free
1141                        header->kind.real.next = freeHead->returnList; // link new node to top node
1142                        // CAS resets header->kind.real.next = freeHead->returnList on failure
1143                        while ( ! __atomic_compare_exchange_n( &freeHead->returnList, &header->kind.real.next, header,
1144                                                                                                   false, __ATOMIC_SEQ_CST, __ATOMIC_SEQ_CST ) );
1145                        #endif // RETURNSPIN
1146
1147                        #else                                                                           // no OWNERSHIP
1148
1149                        freeHead = &heap->freeLists[ClearStickyBits( header->kind.real.home ) - &freeHead->homeManager->freeLists[0]];
1150                        header->kind.real.next = freeHead->freeList; // push on stack
1151                        freeHead->freeList = (Heap.Storage *)header;
1152                        #endif // ! OWNERSHIP
1153
1154                        #ifdef __U_STATISTICS__
1155                        stats.return_pushes += 1;
1156                        stats.return_storage_request += rsize;
1157                        stats.return_storage_alloc += size;
1158                        #endif // __U_STATISTICS__
1159
1160                        // OK TO BE PREEMPTED HERE AS heapManager IS NO LONGER ACCESSED.
1161                } // if
1162        } // if
1163
1164        #ifdef __CFA_DEBUG__
1165        if ( traceHeap() ) {
1166                char helpText[64];
1167                __cfaabi_bits_print_buffer( STDERR_FILENO, helpText, sizeof(helpText),
1168                                                                        "Free( %p ) size:%zu\n", addr, size ); // print debug/nodebug
1169        } // if
1170        #endif // __CFA_DEBUG__
1171
1172//      poll_interrupts();                                                                      // call rollforward
1173} // doFree
1174
1175
1176size_t prtFree( Heap & manager ) with( manager ) {
1177        size_t total = 0;
1178        #ifdef __STATISTICS__
1179        __cfaabi_bits_acquire();
1180        __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "\nBin lists (bin size : free blocks on list)\n" );
1181        #endif // __STATISTICS__
1182        for ( unsigned int i = 0; i < heapMaster.maxBucketsUsed; i += 1 ) {
1183                size_t size = freeLists[i].blockSize;
1184                #ifdef __STATISTICS__
1185                unsigned int N = 0;
1186                #endif // __STATISTICS__
1187
1188                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
1189                for ( Heap.Storage * p = freeLists[i].freeList; p != 0p; p = p->header.kind.real.next ) {
1190                #else
1191                        for(;;) {
1192//              for ( Heap.Storage * p = top( freeLists[i].freeList ); p != 0p; p = (p)`next->top ) {
1193//              for ( Heap.Storage * p = top( freeLists[i].freeList ); p != 0p; /* p = getNext( p )->top */) {
1194//                      Heap.Storage * temp = p->header.kind.real.next.top; // FIX ME: direct assignent fails, initialization works`
1195//                      typeof(p) temp = (( p )`next)->top;                     // FIX ME: direct assignent fails, initialization works`
1196//                      p = temp;
1197                #endif // BUCKETLOCK
1198                        total += size;
1199                        #ifdef __STATISTICS__
1200                        N += 1;
1201                        #endif // __STATISTICS__
1202                } // for
1203
1204                #ifdef __STATISTICS__
1205                __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "%7zu, %-7u  ", size, N );
1206                if ( (i + 1) % 8 == 0 ) __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "\n" );
1207                #endif // __STATISTICS__
1208        } // for
1209        #ifdef __STATISTICS__
1210        __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "\ntotal free blocks:%zu\n", total );
1211        __cfaabi_bits_release();
1212        #endif // __STATISTICS__
1213        return (char *)heapMaster.heapEnd - (char *)heapMaster.heapBegin - total;
1214} // prtFree
1215
1216
1217#ifdef __STATISTICS__
1218static void incCalls( intptr_t statName ) libcfa_nopreempt {
1219        heapManager->stats.counters[statName].calls += 1;
1220} // incCalls
1221
1222static void incZeroCalls( intptr_t statName ) libcfa_nopreempt {
1223        heapManager->stats.counters[statName].calls_0 += 1;
1224} // incZeroCalls
1225#endif // __STATISTICS__
1226
1227#ifdef __CFA_DEBUG__
1228static void incUnfreed( intptr_t offset ) libcfa_nopreempt {
1229        heapManager->allocUnfreed += offset;
1230} // incUnfreed
1231#endif // __CFA_DEBUG__
1232
1233
1234static void * memalignNoStats( size_t alignment, size_t size STAT_PARM ) {
1235        checkAlign( alignment );                                                        // check alignment
1236
1237        // if alignment <= default alignment or size == 0, do normal malloc as two headers are unnecessary
1238  if ( unlikely( alignment <= libAlign() || size == 0 ) ) return doMalloc( size STAT_ARG( STAT_NAME ) );
1239
1240        // Allocate enough storage to guarantee an address on the alignment boundary, and sufficient space before it for
1241        // administrative storage. NOTE, WHILE THERE ARE 2 HEADERS, THE FIRST ONE IS IMPLICITLY CREATED BY DOMALLOC.
1242        //      .-------------v-----------------v----------------v----------,
1243        //      | Real Header | ... padding ... |   Fake Header  | data ... |
1244        //      `-------------^-----------------^-+--------------^----------'
1245        //      |<--------------------------------' offset/align |<-- alignment boundary
1246
1247        // subtract libAlign() because it is already the minimum alignment
1248        // add sizeof(Storage) for fake header
1249        size_t offset = alignment - libAlign() + sizeof(Heap.Storage);
1250        char * addr = (char *)doMalloc( size + offset STAT_ARG( STAT_NAME ) );
1251
1252        // address in the block of the "next" alignment address
1253        char * user = (char *)ceiling2( (uintptr_t)(addr + sizeof(Heap.Storage)), alignment );
1254
1255        // address of header from malloc
1256        Heap.Storage.Header * realHeader = HeaderAddr( addr );
1257        realHeader->kind.real.size = size;                                      // correct size to eliminate above alignment offset
1258        #ifdef __CFA_DEBUG__
1259        incUnfreed( -offset );                                                          // adjustment off the offset from call to doMalloc
1260        #endif // __CFA_DEBUG__
1261
1262        // address of fake header *before* the alignment location
1263        Heap.Storage.Header * fakeHeader = HeaderAddr( user );
1264
1265        // SKULLDUGGERY: insert the offset to the start of the actual storage block and remember alignment
1266        fakeHeader->kind.fake.offset = (char *)fakeHeader - (char *)realHeader;
1267        // SKULLDUGGERY: odd alignment implies fake header
1268        fakeHeader->kind.fake.alignment = MarkAlignmentBit( alignment );
1269
1270        return user;
1271} // memalignNoStats
1272
1273
1274//####################### Memory Allocation Routines ####################
1275
1276
1277extern "C" {
1278        // Allocates size bytes and returns a pointer to the allocated memory.  The contents are undefined. If size is 0,
1279        // then malloc() returns a unique pointer value that can later be successfully passed to free().
1280        void * malloc( size_t size ) libcfa_public {
1281                return doMalloc( size STAT_ARG( MALLOC ) );
1282        } // malloc
1283
1284
1285        // Same as malloc() except size bytes is an array of dim elements each of elemSize bytes.
1286        void * aalloc( size_t dim, size_t elemSize ) libcfa_public {
1287                return doMalloc( dim * elemSize STAT_ARG( AALLOC ) );
1288        } // aalloc
1289
1290
1291        // Same as aalloc() with memory set to zero.
1292        void * calloc( size_t dim, size_t elemSize ) libcfa_public {
1293                size_t size = dim * elemSize;
1294                char * addr = (char *)doMalloc( size STAT_ARG( CALLOC ) );
1295
1296          if ( unlikely( addr == NULL ) ) return NULL;          // stop further processing if 0p is returned
1297
1298                Heap.Storage.Header * header;
1299                Heap.FreeHeader * freeHead;
1300                size_t bsize, alignment;
1301
1302                #ifndef __CFA_DEBUG__
1303                bool mapped =
1304                        #endif // __CFA_DEBUG__
1305                        headers( "calloc", addr, header, freeHead, bsize, alignment );
1306
1307                #ifndef __CFA_DEBUG__
1308                // Mapped storage is zero filled, but in debug mode mapped memory is scrubbed in doMalloc, so it has to be reset to zero.
1309                if ( likely( ! mapped ) )
1310                #endif // __CFA_DEBUG__
1311                        // <-------0000000000000000000000000000UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU> bsize (bucket size) U => undefined
1312                        // `-header`-addr                      `-size
1313                        memset( addr, '\0', size );                                     // set to zeros
1314
1315                MarkZeroFilledBit( header );                                    // mark as zero fill
1316                return addr;
1317        } // calloc
1318
1319
1320        // Change the size of the memory block pointed to by oaddr to size bytes. The contents are undefined.  If oaddr is
1321        // 0p, then the call is equivalent to malloc(size), for all values of size; if size is equal to zero, and oaddr is
1322        // not 0p, then the call is equivalent to free(oaddr). Unless oaddr is 0p, it must have been returned by an earlier
1323        // call to malloc(), alloc(), calloc() or realloc(). If the area pointed to was moved, a free(oaddr) is done.
1324        void * resize( void * oaddr, size_t size ) libcfa_public {
1325          if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) {                              // => malloc( size )
1326                        return doMalloc( size STAT_ARG( RESIZE ) );
1327                } // if
1328
1329                PROLOG( RESIZE, doFree( oaddr ) );                              // => free( oaddr )
1330
1331                Heap.Storage.Header * header;
1332                Heap.FreeHeader * freeHead;
1333                size_t bsize, oalign;
1334                headers( "resize", oaddr, header, freeHead, bsize, oalign );
1335
1336                size_t odsize = DataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
1337                // same size, DO NOT preserve STICKY PROPERTIES.
1338                if ( oalign == libAlign() && size <= odsize && odsize <= size * 2 ) { // allow 50% wasted storage for smaller size
1339                        ClearZeroFillBit( header );                                     // no alignment and turn off 0 fill
1340                        #ifdef __CFA_DEBUG__
1341                        incUnfreed( size - header->kind.real.size ); // adjustment off the size difference
1342                        #endif // __CFA_DEBUG__
1343                        header->kind.real.size = size;                          // reset allocation size
1344                        #ifdef __STATISTICS__
1345                        incCalls( RESIZE );
1346                        #endif // __STATISTICS__
1347                        return oaddr;
1348                } // if
1349
1350                // change size, DO NOT preserve STICKY PROPERTIES.
1351                doFree( oaddr );                                                                // free previous storage
1352
1353                return doMalloc( size STAT_ARG( RESIZE ) );             // create new area
1354        } // resize
1355
1356
1357        // Same as resize() but the contents are unchanged in the range from the start of the region up to the minimum of
1358        // the old and new sizes.
1359        void * realloc( void * oaddr, size_t size ) libcfa_public {
1360          if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) {                                      // => malloc( size )
1361                  return doMalloc( size STAT_ARG( REALLOC ) );
1362                } // if
1363
1364                PROLOG( REALLOC, doFree( oaddr ) );                             // => free( oaddr )
1365
1366                Heap.Storage.Header * header;
1367                Heap.FreeHeader * freeHead;
1368                size_t bsize, oalign;
1369                headers( "realloc", oaddr, header, freeHead, bsize, oalign );
1370
1371                size_t odsize = DataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
1372                size_t osize = header->kind.real.size;                  // old allocation size
1373                bool ozfill = ZeroFillBit( header );                    // old allocation zero filled
1374          if ( unlikely( size <= odsize ) && odsize <= size * 2 ) { // allow up to 50% wasted storage
1375                        #ifdef __CFA_DEBUG__
1376                        incUnfreed( size - header->kind.real.size ); // adjustment off the size difference
1377                        #endif // __CFA_DEBUG__
1378                        header->kind.real.size = size;                          // reset allocation size
1379                        if ( unlikely( ozfill ) && size > osize ) {     // previous request zero fill and larger ?
1380                                memset( (char *)oaddr + osize, '\0', size - osize ); // initialize added storage
1381                        } // if
1382                        #ifdef __STATISTICS__
1383                        incCalls( REALLOC );
1384                        #endif // __STATISTICS__
1385                        return oaddr;
1386                } // if
1387
1388                // change size and copy old content to new storage
1389
1390                void * naddr;
1391                if ( likely( oalign <= libAlign() ) ) {                 // previous request not aligned ?
1392                        naddr = doMalloc( size STAT_ARG( REALLOC ) ); // create new area
1393                } else {
1394                        naddr = memalignNoStats( oalign, size STAT_ARG( REALLOC ) ); // create new aligned area
1395                } // if
1396
1397                headers( "realloc", naddr, header, freeHead, bsize, oalign );
1398                // To preserve prior fill, the entire bucket must be copied versus the size.
1399                memcpy( naddr, oaddr, min( osize, size ) );             // copy bytes
1400                doFree( oaddr );                                                                // free previous storage
1401
1402                if ( unlikely( ozfill ) ) {                                             // previous request zero fill ?
1403                        MarkZeroFilledBit( header );                            // mark new request as zero filled
1404                        if ( size > osize ) {                                           // previous request larger ?
1405                                memset( (char *)naddr + osize, '\0', size - osize ); // initialize added storage
1406                        } // if
1407                } // if
1408                return naddr;
1409        } // realloc
1410
1411
1412        // Same as realloc() except the new allocation size is large enough for an array of nelem elements of size elsize.
1413        void * reallocarray( void * oaddr, size_t dim, size_t elemSize ) libcfa_public {
1414                return realloc( oaddr, dim * elemSize );
1415        } // reallocarray
1416
1417
1418        // Same as malloc() except the memory address is a multiple of alignment, which must be a power of two. (obsolete)
1419        void * memalign( size_t alignment, size_t size ) libcfa_public {
1420                return memalignNoStats( alignment, size STAT_ARG( MEMALIGN ) );
1421        } // memalign
1422
1423
1424        // Same as aalloc() with memory alignment.
1425        void * amemalign( size_t alignment, size_t dim, size_t elemSize ) libcfa_public {
1426                return memalignNoStats( alignment, dim * elemSize STAT_ARG( AMEMALIGN ) );
1427        } // amemalign
1428
1429
1430        // Same as calloc() with memory alignment.
1431        void * cmemalign( size_t alignment, size_t dim, size_t elemSize ) libcfa_public {
1432                size_t size = dim * elemSize;
1433                char * addr = (char *)memalignNoStats( alignment, size STAT_ARG( CMEMALIGN ) );
1434
1435          if ( unlikely( addr == NULL ) ) return NULL;          // stop further processing if 0p is returned
1436
1437                Heap.Storage.Header * header;
1438                Heap.FreeHeader * freeHead;
1439                size_t bsize;
1440
1441                #ifndef __CFA_DEBUG__
1442                bool mapped =
1443                        #endif // __CFA_DEBUG__
1444                        headers( "cmemalign", addr, header, freeHead, bsize, alignment );
1445
1446                // Mapped storage is zero filled, but in debug mode mapped memory is scrubbed in doMalloc, so it has to be reset to zero.
1447                #ifndef __CFA_DEBUG__
1448                if ( ! mapped )
1449                #endif // __CFA_DEBUG__
1450                        // <-------0000000000000000000000000000UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU> bsize (bucket size) U => undefined
1451                        // `-header`-addr                      `-size
1452                        memset( addr, '\0', size );                                     // set to zeros
1453
1454                MarkZeroFilledBit( header );                                    // mark as zero filled
1455                return addr;
1456        } // cmemalign
1457
1458
1459        // Same as memalign(), but ISO/IEC 2011 C11 Section 7.22.2 states: the value of size shall be an integral multiple
1460        // of alignment. This requirement is universally ignored.
1461        void * aligned_alloc( size_t alignment, size_t size ) libcfa_public {
1462                return memalign( alignment, size );
1463        } // aligned_alloc
1464
1465
1466        // Allocates size bytes and places the address of the allocated memory in *memptr. The address of the allocated
1467        // memory shall be a multiple of alignment, which must be a power of two and a multiple of sizeof(void *). If size
1468        // is 0, then posix_memalign() returns either 0p, or a unique pointer value that can later be successfully passed to
1469        // free(3).
1470        int posix_memalign( void ** memptr, size_t alignment, size_t size ) libcfa_public {
1471          if ( unlikely( alignment < libAlign() || ! is_pow2( alignment ) ) ) return EINVAL; // check alignment
1472                *memptr = memalign( alignment, size );
1473                return 0;
1474        } // posix_memalign
1475
1476
1477        // Allocates size bytes and returns a pointer to the allocated memory. The memory address shall be a multiple of the
1478        // page size.  It is equivalent to memalign(sysconf(_SC_PAGESIZE),size).
1479        void * valloc( size_t size ) libcfa_public {
1480                return memalign( __page_size, size );
1481        } // valloc
1482
1483
1484        // Same as valloc but rounds size to multiple of page size.
1485        void * pvalloc( size_t size ) libcfa_public {
1486                return memalign( __page_size, ceiling2( size, __page_size ) ); // round size to multiple of page size
1487        } // pvalloc
1488
1489
1490        // Frees the memory space pointed to by ptr, which must have been returned by a previous call to malloc(), calloc()
1491        // or realloc().  Otherwise, or if free(ptr) has already been called before, undefined behaviour occurs. If ptr is
1492        // 0p, no operation is performed.
1493        void free( void * addr ) libcfa_public {
1494//              verify( heapManager );
1495
1496          if ( unlikely( addr == 0p ) ) {                                       // special case
1497                        #ifdef __STATISTICS__
1498                  if ( heapManager )
1499                        incZeroCalls( FREE );
1500                        #endif // __STATISTICS__
1501                        return;
1502                } // if
1503
1504                #ifdef __STATISTICS__
1505                incCalls( FREE );
1506                #endif // __STATISTICS__
1507
1508                doFree( addr );                                                                 // handles heapManager == nullptr
1509        } // free
1510
1511
1512        // Returns the alignment of an allocation.
1513        size_t malloc_alignment( void * addr ) libcfa_public {
1514          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return libAlign();      // minimum alignment
1515                Heap.Storage.Header * header = HeaderAddr( addr );
1516                if ( unlikely( AlignmentBit( header ) ) ) {             // fake header ?
1517                        return ClearAlignmentBit( header );                     // clear flag from value
1518                } else {
1519                        return libAlign();                                                      // minimum alignment
1520                } // if
1521        } // malloc_alignment
1522
1523
1524        // Returns true if the allocation is zero filled, e.g., allocated by calloc().
1525        bool malloc_zero_fill( void * addr ) libcfa_public {
1526          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return false;           // null allocation is not zero fill
1527                Heap.Storage.Header * header = HeaderAddr( addr );
1528                if ( unlikely( AlignmentBit( header ) ) ) {             // fake header ?
1529                        header = RealHeader( header );                          // backup from fake to real header
1530                } // if
1531                return ZeroFillBit( header );                                   // zero filled ?
1532        } // malloc_zero_fill
1533
1534
1535        // Returns original total allocation size (not bucket size) => array size is dimension * sizeof(T).
1536        size_t malloc_size( void * addr ) libcfa_public {
1537          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return 0;                       // null allocation has zero size
1538                Heap.Storage.Header * header = HeaderAddr( addr );
1539                if ( unlikely( AlignmentBit( header ) ) ) {             // fake header ?
1540                        header = RealHeader( header );                          // backup from fake to real header
1541                } // if
1542                return header->kind.real.size;
1543        } // malloc_size
1544
1545
1546        // Returns the number of usable bytes in the block pointed to by ptr, a pointer to a block of memory allocated by
1547        // malloc or a related function.
1548        size_t malloc_usable_size( void * addr ) libcfa_public {
1549          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return 0;                       // null allocation has 0 size
1550                Heap.Storage.Header * header;
1551                Heap.FreeHeader * freeHead;
1552                size_t bsize, alignment;
1553
1554                headers( "malloc_usable_size", addr, header, freeHead, bsize, alignment );
1555                return DataStorage( bsize, addr, header );              // data storage in bucket
1556        } // malloc_usable_size
1557
1558
1559        // Prints (on default standard error) statistics about memory allocated by malloc and related functions.
1560        void malloc_stats( void ) libcfa_public {
1561                #ifdef __STATISTICS__
1562                HeapStatistics stats;
1563                HeapStatisticsCtor( stats );
1564                if ( printStats( collectStats( stats ) ) == -1 ) {
1565                #else
1566                #define MALLOC_STATS_MSG "malloc_stats statistics disabled.\n"
1567                if ( write( STDERR_FILENO, MALLOC_STATS_MSG, sizeof( MALLOC_STATS_MSG ) - 1 /* size includes '\0' */ ) == -1 ) {
1568                #endif // __STATISTICS__
1569                        abort( "**** Error **** write failed in malloc_stats" );
1570                } // if
1571        } // malloc_stats
1572
1573
1574        // Changes the file descriptor where malloc_stats() writes statistics.
1575        int malloc_stats_fd( int fd __attribute__(( unused )) ) libcfa_public {
1576                #ifdef __STATISTICS__
1577                int temp = heapMaster.stats_fd;
1578                heapMaster.stats_fd = fd;
1579                return temp;
1580                #else
1581                return -1;                                                                              // unsupported
1582                #endif // __STATISTICS__
1583        } // malloc_stats_fd
1584
1585
1586        // Prints an XML string that describes the current state of the memory-allocation implementation in the caller.
1587        // The string is printed on the file stream stream.  The exported string includes information about all arenas (see
1588        // malloc).
1589        int malloc_info( int options, FILE * stream __attribute__(( unused )) ) libcfa_public {
1590          if ( options != 0 ) { errno = EINVAL; return -1; }
1591                #ifdef __STATISTICS__
1592                HeapStatistics stats;
1593                HeapStatisticsCtor( stats );
1594                return printStatsXML( collectStats( stats ), stream ); // returns bytes written or -1
1595                #else
1596                return 0;                                                                               // unsupported
1597                #endif // __STATISTICS__
1598        } // malloc_info
1599
1600
1601        // Adjusts parameters that control the behaviour of the memory-allocation functions (see malloc). The param argument
1602        // specifies the parameter to be modified, and value specifies the new value for that parameter.
1603        int mallopt( int option, int value ) libcfa_public {
1604          if ( value < 0 ) return 0;
1605                choose( option ) {
1606                  case M_TOP_PAD:
1607                        heapMaster.heapExpand = ceiling2( value, __page_size );
1608                        return 1;
1609                  case M_MMAP_THRESHOLD:
1610                        if ( setMmapStart( value ) ) return 1;
1611                } // choose
1612                return 0;                                                                               // error, unsupported
1613        } // mallopt
1614
1615
1616        // Attempt to release free memory at the top of the heap (by calling sbrk with a suitable argument).
1617        int malloc_trim( size_t ) libcfa_public {
1618                return 0;                                                                               // => impossible to release memory
1619        } // malloc_trim
1620
1621
1622        // Records the current state of all malloc internal bookkeeping variables (but not the actual contents of the heap
1623        // or the state of malloc_hook functions pointers).  The state is recorded in a system-dependent opaque data
1624        // structure dynamically allocated via malloc, and a pointer to that data structure is returned as the function
1625        // result.  (The caller must free this memory.)
1626        void * malloc_get_state( void ) libcfa_public {
1627                return 0p;                                                                              // unsupported
1628        } // malloc_get_state
1629
1630
1631        // Restores the state of all malloc internal bookkeeping variables to the values recorded in the opaque data
1632        // structure pointed to by state.
1633        int malloc_set_state( void * ) libcfa_public {
1634                return 0;                                                                               // unsupported
1635        } // malloc_set_state
1636
1637
1638        // Sets the amount (bytes) to extend the heap when there is insufficent free storage to service an allocation.
1639        __attribute__((weak)) size_t malloc_expansion() libcfa_public { return __CFA_DEFAULT_HEAP_EXPANSION__; }
1640
1641        // Sets the crossover point between allocations occuring in the sbrk area or separately mmapped.
1642        __attribute__((weak)) size_t malloc_mmap_start() libcfa_public { return __CFA_DEFAULT_MMAP_START__; }
1643
1644        // Amount subtracted to adjust for unfreed program storage (debug only).
1645        __attribute__((weak)) size_t malloc_unfreed() libcfa_public { return __CFA_DEFAULT_HEAP_UNFREED__; }
1646} // extern "C"
1647
1648
1649// Must have CFA linkage to overload with C linkage realloc.
1650void * resize( void * oaddr, size_t nalign, size_t size ) libcfa_public {
1651  if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) {                                              // => malloc( size )
1652                return memalignNoStats( nalign, size STAT_ARG( RESIZE ) );
1653        } // if
1654
1655        PROLOG( RESIZE, doFree( oaddr ) );                                      // => free( oaddr )
1656
1657        // Attempt to reuse existing alignment.
1658        Heap.Storage.Header * header = HeaderAddr( oaddr );
1659        bool isFakeHeader = AlignmentBit( header );                     // old fake header ?
1660        size_t oalign;
1661
1662        if ( unlikely( isFakeHeader ) ) {
1663                checkAlign( nalign );                                                   // check alignment
1664                oalign = ClearAlignmentBit( header );                   // old alignment
1665                if ( unlikely( (uintptr_t)oaddr % nalign == 0   // lucky match ?
1666                         && ( oalign <= nalign                                          // going down
1667                                  || (oalign >= nalign && oalign <= 256) ) // little alignment storage wasted ?
1668                        ) ) {
1669                        HeaderAddr( oaddr )->kind.fake.alignment = MarkAlignmentBit( nalign ); // update alignment (could be the same)
1670                        Heap.FreeHeader * freeHead;
1671                        size_t bsize, oalign;
1672                        headers( "resize", oaddr, header, freeHead, bsize, oalign );
1673                        size_t odsize = DataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
1674
1675                        if ( size <= odsize && odsize <= size * 2 ) { // allow 50% wasted data storage
1676                                HeaderAddr( oaddr )->kind.fake.alignment = MarkAlignmentBit( nalign ); // update alignment (could be the same)
1677                                ClearZeroFillBit( header );                             // turn off 0 fill
1678                                #ifdef __CFA_DEBUG__
1679                                incUnfreed( size - header->kind.real.size ); // adjustment off the size difference
1680                                #endif // __CFA_DEBUG__
1681                                header->kind.real.size = size;                  // reset allocation size
1682                                #ifdef __STATISTICS__
1683                                incCalls( RESIZE );
1684                                #endif // __STATISTICS__
1685                                return oaddr;
1686                        } // if
1687                } // if
1688        } else if ( ! isFakeHeader                                                      // old real header (aligned on libAlign) ?
1689                                && nalign == libAlign() ) {                             // new alignment also on libAlign => no fake header needed
1690                return resize( oaddr, size );                                   // duplicate special case checks
1691        } // if
1692
1693        // change size, DO NOT preserve STICKY PROPERTIES.
1694        doFree( oaddr );                                                                        // free previous storage
1695        return memalignNoStats( nalign, size STAT_ARG( RESIZE ) ); // create new aligned area
1696} // resize
1697
1698
1699void * realloc( void * oaddr, size_t nalign, size_t size ) libcfa_public {
1700  if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) {                                              // => malloc( size )
1701                return memalignNoStats( nalign, size STAT_ARG( REALLOC ) );
1702        } // if
1703
1704        PROLOG( REALLOC, doFree( oaddr ) );                                     // => free( oaddr )
1705
1706        // Attempt to reuse existing alignment.
1707        Heap.Storage.Header * header = HeaderAddr( oaddr );
1708        bool isFakeHeader = AlignmentBit( header );                     // old fake header ?
1709        size_t oalign;
1710        if ( unlikely( isFakeHeader ) ) {
1711                checkAlign( nalign );                                                   // check alignment
1712                oalign = ClearAlignmentBit( header );                   // old alignment
1713                if ( unlikely( (uintptr_t)oaddr % nalign == 0   // lucky match ?
1714                         && ( oalign <= nalign                                          // going down
1715                                  || (oalign >= nalign && oalign <= 256) ) // little alignment storage wasted ?
1716                        ) ) {
1717                        HeaderAddr( oaddr )->kind.fake.alignment = MarkAlignmentBit( nalign ); // update alignment (could be the same)
1718                        return realloc( oaddr, size );                          // duplicate special case checks
1719                } // if
1720        } else if ( ! isFakeHeader                                                      // old real header (aligned on libAlign) ?
1721                                && nalign == libAlign() ) {                             // new alignment also on libAlign => no fake header needed
1722                return realloc( oaddr, size );                                  // duplicate special case checks
1723        } // if
1724
1725        Heap.FreeHeader * freeHead;
1726        size_t bsize;
1727        headers( "realloc", oaddr, header, freeHead, bsize, oalign );
1728
1729        // change size and copy old content to new storage
1730
1731        size_t osize = header->kind.real.size;                          // old allocation size
1732        bool ozfill = ZeroFillBit( header );                            // old allocation zero filled
1733
1734        void * naddr = memalignNoStats( nalign, size STAT_ARG( REALLOC ) ); // create new aligned area
1735
1736        headers( "realloc", naddr, header, freeHead, bsize, oalign );
1737        memcpy( naddr, oaddr, min( osize, size ) );                     // copy bytes
1738        doFree( oaddr );                                                                        // free previous storage
1739
1740        if ( unlikely( ozfill ) ) {                                                     // previous request zero fill ?
1741                MarkZeroFilledBit( header );                                    // mark new request as zero filled
1742                if ( size > osize ) {                                                   // previous request larger ?
1743                        memset( (char *)naddr + osize, '\0', size - osize ); // initialize added storage
1744                } // if
1745        } // if
1746        return naddr;
1747} // realloc
1748
1749
1750void * reallocarray( void * oaddr, size_t nalign, size_t dim, size_t elemSize ) __THROW {
1751        return realloc( oaddr, nalign, dim * elemSize );
1752} // reallocarray
1753
1754
1755// Local Variables: //
1756// tab-width: 4 //
1757// compile-command: "cfa -nodebug -O2 heap.cfa" //
1758// End: //
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.