source: libcfa/src/heap.cfa @ 68f36f4

ADTarm-ehast-experimentalenumforall-pointer-decayjacob/cs343-translationnew-astnew-ast-unique-exprpthread-emulationqualifiedEnum
Last change on this file since 68f36f4 was ada0246d, checked in by Peter A. Buhr <pabuhr@…>, 4 years ago

create heap.hfa, use it in malloc.h, and cleanup includes with respect to extern "C"
  • Property mode set to 100644
File size: 49.6 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.c --
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 : Wed May 27 15:08:49 2020
13// Update Count     : 770
14//
15
16#include <unistd.h>                                                                             // sbrk, sysconf
17#include <stdbool.h>                                                                    // true, false
18#include <stdio.h>                                                                              // snprintf, fileno
19#include <errno.h>                                                                              // errno
20#include <string.h>                                                                             // memset, memcpy
21#include <limits.h>                                                                             // ULONG_MAX
22#include <malloc.h>                                                                             // memalign, malloc_usable_size
23#include <sys/mman.h>                                                                   // mmap, munmap
24
25#include "bits/align.hfa"                                                               // libPow2
26#include "bits/defs.hfa"                                                                // likely, unlikely
27#include "bits/locks.hfa"                                                               // __spinlock_t
28#include "startup.hfa"                                                                  // STARTUP_PRIORITY_MEMORY
29//#include "stdlib.hfa"                                                                 // bsearchl
30#include "bitmanip.hfa"                                                                 // ceiling
31
32#define MIN(x, y) (y > x ? x : y)
33
34static bool traceHeap = false;
35
36inline bool traceHeap() { return traceHeap; }
37
38bool traceHeapOn() {
39        bool temp = traceHeap;
40        traceHeap = true;
41        return temp;
42} // traceHeapOn
43
44bool traceHeapOff() {
45        bool temp = traceHeap;
46        traceHeap = false;
47        return temp;
48} // traceHeapOff
49
50bool traceHeapTerm() { return false; }
51
52
53static bool prtFree = false;
54
55inline bool prtFree() {
56        return prtFree;
57} // prtFree
58
59bool prtFreeOn() {
60        bool temp = prtFree;
61        prtFree = true;
62        return temp;
63} // prtFreeOn
64
65bool prtFreeOff() {
66        bool temp = prtFree;
67        prtFree = false;
68        return temp;
69} // prtFreeOff
70
71
72enum {
73        // Define the default extension heap amount in units of bytes. When the uC++ supplied heap reaches the brk address,
74        // the brk address is extended by the extension amount.
75        __CFA_DEFAULT_HEAP_EXPANSION__ = (1 * 1024 * 1024),
76
77        // Define the mmap crossover point during allocation. Allocations less than this amount are allocated from buckets;
78        // values greater than or equal to this value are mmap from the operating system.
79        __CFA_DEFAULT_MMAP_START__ = (512 * 1024 + 1),
80};
81
82size_t default_heap_expansion() __attribute__(( weak )) {
83        return __CFA_DEFAULT_HEAP_EXPANSION__;
84} // default_heap_expansion
85
86size_t default_mmap_start() __attribute__(( weak )) {
87        return __CFA_DEFAULT_MMAP_START__;
88} // default_mmap_start
89
90
91#ifdef __CFA_DEBUG__
92static unsigned int allocFree;                                                  // running total of allocations minus frees
93
94static void prtUnfreed() {
95        if ( allocFree != 0 ) {
96                // DO NOT USE STREAMS AS THEY MAY BE UNAVAILABLE AT THIS POINT.
97                char helpText[512];
98                int len = snprintf( helpText, sizeof(helpText), "CFA warning (UNIX pid:%ld) : program terminating with %u(0x%x) bytes of storage allocated but not freed.\n"
99                                                        "Possible cause is unfreed storage allocated by the program or system/library routines called from the program.\n",
100                                                        (long int)getpid(), allocFree, allocFree ); // always print the UNIX pid
101                __cfaabi_bits_write( STDERR_FILENO, helpText, len ); // print debug/nodebug
102        } // if
103} // prtUnfreed
104
105extern "C" {
106        void heapAppStart() {                                                           // called by __cfaabi_appready_startup
107                allocFree = 0;
108        } // heapAppStart
109
110        void heapAppStop() {                                                            // called by __cfaabi_appready_startdown
111                fclose( stdin ); fclose( stdout );
112                prtUnfreed();
113        } // heapAppStop
114} // extern "C"
115#endif // __CFA_DEBUG__
116
117
118// statically allocated variables => zero filled.
119static size_t pageSize;                                                                 // architecture pagesize
120static size_t heapExpand;                                                               // sbrk advance
121static size_t mmapStart;                                                                // cross over point for mmap
122static unsigned int maxBucketsUsed;                                             // maximum number of buckets in use
123
124
125#define SPINLOCK 0
126#define LOCKFREE 1
127#define BUCKETLOCK SPINLOCK
128#if BUCKETLOCK == SPINLOCK
129#elif BUCKETLOCK == LOCKFREE
130#include <stackLockFree.hfa>
131#else
132        #error undefined lock type for bucket lock
133#endif // LOCKFREE
134
135// Recursive definitions: HeapManager needs size of bucket array and bucket area needs sizeof HeapManager storage.
136// Break recusion by hardcoding number of buckets and statically checking number is correct after bucket array defined.
137enum { NoBucketSizes = 91 };                                                    // number of buckets sizes
138
139struct HeapManager {
140        struct Storage {
141                struct Header {                                                                 // header
142                        union Kind {
143                                struct RealHeader {
144                                        union {
145                                                struct {                                                // 4-byte word => 8-byte header, 8-byte word => 16-byte header
146                                                        #if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__ && __SIZEOF_POINTER__ == 4
147                                                        uint64_t padding;                       // unused, force home/blocksize to overlay alignment in fake header
148                                                        #endif // __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__ && __SIZEOF_POINTER__ == 4
149
150                                                        union {
151                                                                // FreeHeader * home;           // allocated block points back to home locations (must overlay alignment)
152                                                                // 2nd low-order bit => zero filled
153                                                                void * home;                    // allocated block points back to home locations (must overlay alignment)
154                                                                size_t blockSize;               // size for munmap (must overlay alignment)
155                                                                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
156                                                                Storage * next;                 // freed block points next freed block of same size
157                                                                #endif // SPINLOCK
158                                                        };
159                                                        size_t size;                            // allocation size in bytes
160
161                                                        #if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_LITTLE_ENDIAN__ && __SIZEOF_POINTER__ == 4
162                                                        uint64_t padding;                       // unused, force home/blocksize to overlay alignment in fake header
163                                                        #endif // __BYTE_ORDER__ == __ORDER_LITTLE_ENDIAN__ && __SIZEOF_POINTER__ == 4
164                                                };
165                                                #if BUCKETLOCK == LOCKFREE
166                                                Link(Storage) next;                             // freed block points next freed block of same size (double-wide)
167                                                #endif // LOCKFREE
168                                        };
169                                } real; // RealHeader
170
171                                struct FakeHeader {
172                                        #if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
173                                        uint32_t alignment;                                     // 1st low-order bit => fake header & alignment
174                                        #endif // __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
175
176                                        uint32_t offset;
177
178                                        #if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__
179                                        uint32_t alignment;                                     // low-order bits of home/blockSize used for tricks
180                                        #endif // __ORDER_BIG_ENDIAN__
181                                } fake; // FakeHeader
182                        } kind; // Kind
183                } header; // Header
184                char pad[libAlign() - sizeof( Header )];
185                char data[0];                                                                   // storage
186        }; // Storage
187
188        static_assert( libAlign() >= sizeof( Storage ), "libAlign() < sizeof( Storage )" );
189
190        struct FreeHeader {
191                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
192                __spinlock_t lock;                                                              // must be first field for alignment
193                Storage * freeList;
194                #else
195                StackLF(Storage) freeList;
196                #endif // BUCKETLOCK
197                size_t blockSize;                                                               // size of allocations on this list
198        }; // FreeHeader
199
200        // must be first fields for alignment
201        __spinlock_t extlock;                                                           // protects allocation-buffer extension
202        FreeHeader freeLists[NoBucketSizes];                            // buckets for different allocation sizes
203
204        void * heapBegin;                                                                       // start of heap
205        void * heapEnd;                                                                         // logical end of heap
206        size_t heapRemaining;                                                           // amount of storage not allocated in the current chunk
207}; // HeapManager
208
209#if BUCKETLOCK == LOCKFREE
210static inline Link(HeapManager.Storage) * getNext( HeapManager.Storage * this ) { return &this->header.kind.real.next; }
211static inline void ?{}( HeapManager.FreeHeader & ) {}
212static inline void ^?{}( HeapManager.FreeHeader & ) {}
213#endif // LOCKFREE
214
215static inline size_t getKey( const HeapManager.FreeHeader & freeheader ) { return freeheader.blockSize; }
216
217
218#define FASTLOOKUP
219#define __STATISTICS__
220
221// Bucket size must be multiple of 16.
222// Powers of 2 are common allocation sizes, so make powers of 2 generate the minimum required size.
223static const unsigned int bucketSizes[] @= {                    // different bucket sizes
224        16, 32, 48, 64 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
225        96, 112, 128 + sizeof(HeapManager.Storage), // 3
226        160, 192, 224, 256 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
227        320, 384, 448, 512 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
228        640, 768, 896, 1_024 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
229        1_536, 2_048 + sizeof(HeapManager.Storage), // 2
230        2_560, 3_072, 3_584, 4_096 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
231        6_144, 8_192 + sizeof(HeapManager.Storage), // 2
232        9_216, 10_240, 11_264, 12_288, 13_312, 14_336, 15_360, 16_384 + sizeof(HeapManager.Storage), // 8
233        18_432, 20_480, 22_528, 24_576, 26_624, 28_672, 30_720, 32_768 + sizeof(HeapManager.Storage), // 8
234        36_864, 40_960, 45_056, 49_152, 53_248, 57_344, 61_440, 65_536 + sizeof(HeapManager.Storage), // 8
235        73_728, 81_920, 90_112, 98_304, 106_496, 114_688, 122_880, 131_072 + sizeof(HeapManager.Storage), // 8
236        147_456, 163_840, 180_224, 196_608, 212_992, 229_376, 245_760, 262_144 + sizeof(HeapManager.Storage), // 8
237        294_912, 327_680, 360_448, 393_216, 425_984, 458_752, 491_520, 524_288 + sizeof(HeapManager.Storage), // 8
238        655_360, 786_432, 917_504, 1_048_576 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
239        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(HeapManager.Storage), // 8
240        2_621_440, 3_145_728, 3_670_016, 4_194_304 + sizeof(HeapManager.Storage), // 4
241};
242
243static_assert( NoBucketSizes == sizeof(bucketSizes) / sizeof(bucketSizes[0]), "size of bucket array wrong" );
244
245#ifdef FASTLOOKUP
246enum { LookupSizes = 65_536 + sizeof(HeapManager.Storage) }; // number of fast lookup sizes
247static unsigned char lookup[LookupSizes];                               // O(1) lookup for small sizes
248#endif // FASTLOOKUP
249
250static int mmapFd = -1;                                                                 // fake or actual fd for anonymous file
251#ifdef __CFA_DEBUG__
252static bool heapBoot = 0;                                                               // detect recursion during boot
253#endif // __CFA_DEBUG__
254
255// The constructor for heapManager is called explicitly in memory_startup.
256static HeapManager heapManager __attribute__(( aligned (128) )) @= {}; // size of cache line to prevent false sharing
257
258
259#ifdef __STATISTICS__
260// Heap statistics counters.
261static unsigned long long int mmap_storage;
262static unsigned int mmap_calls;
263static unsigned long long int munmap_storage;
264static unsigned int munmap_calls;
265static unsigned long long int sbrk_storage;
266static unsigned int sbrk_calls;
267static unsigned long long int malloc_storage;
268static unsigned int malloc_calls;
269static unsigned long long int free_storage;
270static unsigned int free_calls;
271static unsigned long long int aalloc_storage;
272static unsigned int aalloc_calls;
273static unsigned long long int calloc_storage;
274static unsigned int calloc_calls;
275static unsigned long long int memalign_storage;
276static unsigned int memalign_calls;
277static unsigned long long int amemalign_storage;
278static unsigned int amemalign_calls;
279static unsigned long long int cmemalign_storage;
280static unsigned int cmemalign_calls;
281static unsigned long long int resize_storage;
282static unsigned int resize_calls;
283static unsigned long long int realloc_storage;
284static unsigned int realloc_calls;
285// Statistics file descriptor (changed by malloc_stats_fd).
286static int statfd = STDERR_FILENO;                                              // default stderr
287
288// Use "write" because streams may be shutdown when calls are made.
289static void printStats() {
290        char helpText[1024];
291        __cfaabi_bits_print_buffer( STDERR_FILENO, helpText, sizeof(helpText),
292                                                                        "\nHeap statistics:\n"
293                                                                        "  malloc: calls %u / storage %llu\n"
294                                                                        "  aalloc: calls %u / storage %llu\n"
295                                                                        "  calloc: calls %u / storage %llu\n"
296                                                                        "  memalign: calls %u / storage %llu\n"
297                                                                        "  amemalign: calls %u / storage %llu\n"
298                                                                        "  cmemalign: calls %u / storage %llu\n"
299                                                                        "  resize: calls %u / storage %llu\n"
300                                                                        "  realloc: calls %u / storage %llu\n"
301                                                                        "  free: calls %u / storage %llu\n"
302                                                                        "  mmap: calls %u / storage %llu\n"
303                                                                        "  munmap: calls %u / storage %llu\n"
304                                                                        "  sbrk: calls %u / storage %llu\n",
305                                                                        malloc_calls, malloc_storage,
306                                                                        aalloc_calls, calloc_storage,
307                                                                        calloc_calls, calloc_storage,
308                                                                        memalign_calls, memalign_storage,
309                                                                        amemalign_calls, amemalign_storage,
310                                                                        cmemalign_calls, cmemalign_storage,
311                                                                        resize_calls, resize_storage,
312                                                                        realloc_calls, realloc_storage,
313                                                                        free_calls, free_storage,
314                                                                        mmap_calls, mmap_storage,
315                                                                        munmap_calls, munmap_storage,
316                                                                        sbrk_calls, sbrk_storage
317                );
318} // printStats
319
320static int printStatsXML( FILE * stream ) {                             // see malloc_info
321        char helpText[1024];
322        int len = snprintf( helpText, sizeof(helpText),
323                                                "<malloc version=\"1\">\n"
324                                                "<heap nr=\"0\">\n"
325                                                "<sizes>\n"
326                                                "</sizes>\n"
327                                                "<total type=\"malloc\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
328                                                "<total type=\"aalloc\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
329                                                "<total type=\"calloc\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
330                                                "<total type=\"memalign\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
331                                                "<total type=\"amemalign\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
332                                                "<total type=\"cmemalign\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
333                                                "<total type=\"resize\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
334                                                "<total type=\"realloc\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
335                                                "<total type=\"free\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
336                                                "<total type=\"mmap\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
337                                                "<total type=\"munmap\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
338                                                "<total type=\"sbrk\" count=\"%u\" size=\"%llu\"/>\n"
339                                                "</malloc>",
340                                                malloc_calls, malloc_storage,
341                                                aalloc_calls, aalloc_storage,
342                                                calloc_calls, calloc_storage,
343                                                memalign_calls, memalign_storage,
344                                                amemalign_calls, amemalign_storage,
345                                                cmemalign_calls, cmemalign_storage,
346                                                resize_calls, resize_storage,
347                                                realloc_calls, realloc_storage,
348                                                free_calls, free_storage,
349                                                mmap_calls, mmap_storage,
350                                                munmap_calls, munmap_storage,
351                                                sbrk_calls, sbrk_storage
352                );
353        __cfaabi_bits_write( fileno( stream ), helpText, len ); // ensures all bytes written or exit
354        return len;
355} // printStatsXML
356#endif // __STATISTICS__
357
358
359// thunk problem
360size_t Bsearchl( unsigned int key, const unsigned int * vals, size_t dim ) {
361        size_t l = 0, m, h = dim;
362        while ( l < h ) {
363                m = (l + h) / 2;
364                if ( (unsigned int &)(vals[m]) < key ) {                // cast away const
365                        l = m + 1;
366                } else {
367                        h = m;
368                } // if
369        } // while
370        return l;
371} // Bsearchl
372
373
374static inline bool setMmapStart( size_t value ) {               // true => mmapped, false => sbrk
375  if ( value < pageSize || bucketSizes[NoBucketSizes - 1] < value ) return false;
376        mmapStart = value;                                                                      // set global
377
378        // find the closest bucket size less than or equal to the mmapStart size
379        maxBucketsUsed = Bsearchl( (unsigned int)mmapStart, bucketSizes, NoBucketSizes ); // binary search
380        assert( maxBucketsUsed < NoBucketSizes );                       // subscript failure ?
381        assert( mmapStart <= bucketSizes[maxBucketsUsed] ); // search failure ?
382        return true;
383} // setMmapStart
384
385
386// <-------+----------------------------------------------------> bsize (bucket size)
387// |header |addr
388//==================================================================================
389//                   align/offset |
390// <-----------------<------------+-----------------------------> bsize (bucket size)
391//                   |fake-header | addr
392#define headerAddr( addr ) ((HeapManager.Storage.Header *)( (char *)addr - sizeof(HeapManager.Storage) ))
393#define realHeader( header ) ((HeapManager.Storage.Header *)((char *)header - header->kind.fake.offset))
394
395// <-------<<--------------------- dsize ---------------------->> bsize (bucket size)
396// |header |addr
397//==================================================================================
398//                   align/offset |
399// <------------------------------<<---------- dsize --------->>> bsize (bucket size)
400//                   |fake-header |addr
401#define dataStorage( bsize, addr, header ) (bsize - ( (char *)addr - (char *)header ))
402
403
404// static inline void noMemory() {
405//      abort( "Heap memory exhausted at %zu bytes.\n"
406//                 "Possible cause is very large memory allocation and/or large amount of unfreed storage allocated by the program or system/library routines.",
407//                 ((char *)(sbrk( 0 )) - (char *)(heapManager.heapBegin)) );
408// } // noMemory
409
410
411static inline void checkAlign( size_t alignment ) {
412        if ( alignment < libAlign() || ! libPow2( alignment ) ) {
413                abort( "Alignment %zu for memory allocation is less than %d and/or not a power of 2.", alignment, libAlign() );
414        } // if
415} // checkAlign
416
417
418static inline void checkHeader( bool check, const char name[], void * addr ) {
419        if ( unlikely( check ) ) {                                                      // bad address ?
420                abort( "Attempt to %s storage %p with address outside the heap.\n"
421                           "Possible cause is duplicate free on same block or overwriting of memory.",
422                           name, addr );
423        } // if
424} // checkHeader
425
426
427static inline void fakeHeader( HeapManager.Storage.Header *& header, size_t & alignment ) {
428        if ( unlikely( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) ) { // fake header ?
429                alignment = header->kind.fake.alignment & -2;   // remove flag from value
430                #ifdef __CFA_DEBUG__
431                checkAlign( alignment );                                                // check alignment
432                #endif // __CFA_DEBUG__
433                header = realHeader( header );                                  // backup from fake to real header
434        } // if
435} // fakeHeader
436
437
438static inline bool headers( const char name[] __attribute__(( unused )), void * addr, HeapManager.Storage.Header *& header, HeapManager.FreeHeader *& freeElem,
439                                                        size_t & size, size_t & alignment ) with( heapManager ) {
440        header = headerAddr( addr );
441
442        if ( unlikely( heapEnd < addr ) ) {                                     // mmapped ?
443                fakeHeader( header, alignment );
444                size = header->kind.real.blockSize & -3;                // mmap size
445                return true;
446        } // if
447
448        #ifdef __CFA_DEBUG__
449        checkHeader( addr < heapBegin, name, addr );            // bad low address ?
450        #endif // __CFA_DEBUG__
451
452        // header may be safe to dereference
453        fakeHeader( header, alignment );
454        #ifdef __CFA_DEBUG__
455        checkHeader( header < (HeapManager.Storage.Header *)heapBegin || (HeapManager.Storage.Header *)heapEnd < header, name, addr ); // bad address ? (offset could be + or -)
456        #endif // __CFA_DEBUG__
457
458        freeElem = (HeapManager.FreeHeader *)((size_t)header->kind.real.home & -3);
459        #ifdef __CFA_DEBUG__
460        if ( freeElem < &freeLists[0] || &freeLists[NoBucketSizes] <= freeElem ) {
461                abort( "Attempt to %s storage %p with corrupted header.\n"
462                           "Possible cause is duplicate free on same block or overwriting of header information.",
463                           name, addr );
464        } // if
465        #endif // __CFA_DEBUG__
466        size = freeElem->blockSize;
467        return false;
468} // headers
469
470
471static inline void * extend( size_t size ) with( heapManager ) {
472        lock( extlock __cfaabi_dbg_ctx2 );
473        ptrdiff_t rem = heapRemaining - size;
474        if ( rem < 0 ) {
475                // If the size requested is bigger than the current remaining storage, increase the size of the heap.
476
477                size_t increase = libCeiling( size > heapExpand ? size : heapExpand, libAlign() );
478                if ( sbrk( increase ) == (void *)-1 ) {
479                        unlock( extlock );
480                        errno = ENOMEM;
481                        return 0p;
482                } // if
483                #ifdef __STATISTICS__
484                sbrk_calls += 1;
485                sbrk_storage += increase;
486                #endif // __STATISTICS__
487                #ifdef __CFA_DEBUG__
488                // Set new memory to garbage so subsequent uninitialized usages might fail.
489                memset( (char *)heapEnd + heapRemaining, '\377', increase );
490                #endif // __CFA_DEBUG__
491                rem = heapRemaining + increase - size;
492        } // if
493
494        HeapManager.Storage * block = (HeapManager.Storage *)heapEnd;
495        heapRemaining = rem;
496        heapEnd = (char *)heapEnd + size;
497        unlock( extlock );
498        return block;
499} // extend
500
501
502static inline void * doMalloc( size_t size ) with( heapManager ) {
503        HeapManager.Storage * block;                                            // pointer to new block of storage
504
505        // Look up size in the size list.  Make sure the user request includes space for the header that must be allocated
506        // along with the block and is a multiple of the alignment size.
507
508  if ( unlikely( size > ULONG_MAX - sizeof(HeapManager.Storage) ) ) return 0p;
509        size_t tsize = size + sizeof(HeapManager.Storage);
510        if ( likely( tsize < mmapStart ) ) {                            // small size => sbrk
511                size_t posn;
512                #ifdef FASTLOOKUP
513                if ( tsize < LookupSizes ) posn = lookup[tsize];
514                else
515                #endif // FASTLOOKUP
516                        posn = Bsearchl( (unsigned int)tsize, bucketSizes, (size_t)maxBucketsUsed );
517                HeapManager.FreeHeader * freeElem = &freeLists[posn];
518                // #ifdef FASTLOOKUP
519                // if ( tsize < LookupSizes )
520                //      freeElem = &freeLists[lookup[tsize]];
521                // else
522                // #endif // FASTLOOKUP
523                //      freeElem = bsearchl( tsize, freeLists, (size_t)maxBucketsUsed ); // binary search
524                // HeapManager.FreeHeader * freeElem =
525                //      #ifdef FASTLOOKUP
526                //      tsize < LookupSizes ? &freeLists[lookup[tsize]] :
527                //      #endif // FASTLOOKUP
528                //      bsearchl( tsize, freeLists, (size_t)maxBucketsUsed ); // binary search
529                assert( freeElem <= &freeLists[maxBucketsUsed] ); // subscripting error ?
530                assert( tsize <= freeElem->blockSize );                 // search failure ?
531                tsize = freeElem->blockSize;                                    // total space needed for request
532
533                // Spin until the lock is acquired for this particular size of block.
534
535                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
536                lock( freeElem->lock __cfaabi_dbg_ctx2 );
537                block = freeElem->freeList;                                             // remove node from stack
538                #else
539                block = pop( freeElem->freeList );
540                #endif // BUCKETLOCK
541                if ( unlikely( block == 0p ) ) {                                // no free block ?
542                        #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
543                        unlock( freeElem->lock );
544                        #endif // BUCKETLOCK
545
546                        // Freelist for that size was empty, so carve it out of the heap if there's enough left, or get some more
547                        // and then carve it off.
548
549                        block = (HeapManager.Storage *)extend( tsize ); // mutual exclusion on call
550        if ( unlikely( block == 0p ) ) return 0p;
551                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
552                } else {
553                        freeElem->freeList = block->header.kind.real.next;
554                        unlock( freeElem->lock );
555                #endif // BUCKETLOCK
556                } // if
557
558                block->header.kind.real.home = freeElem;                // pointer back to free list of apropriate size
559        } else {                                                                                        // large size => mmap
560  if ( unlikely( size > ULONG_MAX - pageSize ) ) return 0p;
561                tsize = libCeiling( tsize, pageSize );                  // must be multiple of page size
562                #ifdef __STATISTICS__
563                __atomic_add_fetch( &mmap_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
564                __atomic_add_fetch( &mmap_storage, tsize, __ATOMIC_SEQ_CST );
565                #endif // __STATISTICS__
566                block = (HeapManager.Storage *)mmap( 0, tsize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, mmapFd, 0 );
567                if ( block == (HeapManager.Storage *)MAP_FAILED ) {
568                        // Do not call strerror( errno ) as it may call malloc.
569                        abort( "(HeapManager &)0x%p.doMalloc() : internal error, mmap failure, size:%zu error:%d.", &heapManager, tsize, errno );
570                } // if
571                #ifdef __CFA_DEBUG__
572                // Set new memory to garbage so subsequent uninitialized usages might fail.
573                memset( block, '\377', tsize );
574                #endif // __CFA_DEBUG__
575                block->header.kind.real.blockSize = tsize;              // storage size for munmap
576        } // if
577
578        block->header.kind.real.size = size;                            // store allocation size
579        void * addr = &(block->data);                                           // adjust off header to user bytes
580
581        #ifdef __CFA_DEBUG__
582        assert( ((uintptr_t)addr & (libAlign() - 1)) == 0 ); // minimum alignment ?
583        __atomic_add_fetch( &allocFree, tsize, __ATOMIC_SEQ_CST );
584        if ( traceHeap() ) {
585                enum { BufferSize = 64 };
586                char helpText[BufferSize];
587                int len = snprintf( helpText, BufferSize, "%p = Malloc( %zu ) (allocated %zu)\n", addr, size, tsize );
588                // int len = snprintf( helpText, BufferSize, "Malloc %p %zu\n", addr, size );
589                __cfaabi_bits_write( STDERR_FILENO, helpText, len ); // print debug/nodebug
590        } // if
591        #endif // __CFA_DEBUG__
592
593        return addr;
594} // doMalloc
595
596
597static inline void doFree( void * addr ) with( heapManager ) {
598        #ifdef __CFA_DEBUG__
599        if ( unlikely( heapManager.heapBegin == 0p ) ) {
600                abort( "doFree( %p ) : internal error, called before heap is initialized.", addr );
601        } // if
602        #endif // __CFA_DEBUG__
603
604        HeapManager.Storage.Header * header;
605        HeapManager.FreeHeader * freeElem;
606        size_t size, alignment;                                                         // not used (see realloc)
607
608        if ( headers( "free", addr, header, freeElem, size, alignment ) ) { // mmapped ?
609                #ifdef __STATISTICS__
610                __atomic_add_fetch( &munmap_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
611                __atomic_add_fetch( &munmap_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
612                #endif // __STATISTICS__
613                if ( munmap( header, size ) == -1 ) {
614                        #ifdef __CFA_DEBUG__
615                        abort( "Attempt to deallocate storage %p not allocated or with corrupt header.\n"
616                                   "Possible cause is invalid pointer.",
617                                   addr );
618                        #endif // __CFA_DEBUG__
619                } // if
620        } else {
621                #ifdef __CFA_DEBUG__
622                // Set free memory to garbage so subsequent usages might fail.
623                memset( ((HeapManager.Storage *)header)->data, '\377', freeElem->blockSize - sizeof( HeapManager.Storage ) );
624                #endif // __CFA_DEBUG__
625
626                #ifdef __STATISTICS__
627                free_storage += size;
628                #endif // __STATISTICS__
629                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
630                lock( freeElem->lock __cfaabi_dbg_ctx2 );               // acquire spin lock
631                header->kind.real.next = freeElem->freeList;    // push on stack
632                freeElem->freeList = (HeapManager.Storage *)header;
633                unlock( freeElem->lock );                                               // release spin lock
634                #else
635                push( freeElem->freeList, *(HeapManager.Storage *)header );
636                #endif // BUCKETLOCK
637        } // if
638
639        #ifdef __CFA_DEBUG__
640        __atomic_add_fetch( &allocFree, -size, __ATOMIC_SEQ_CST );
641        if ( traceHeap() ) {
642                enum { BufferSize = 64 };
643                char helpText[BufferSize];
644                int len = snprintf( helpText, sizeof(helpText), "Free( %p ) size:%zu\n", addr, size );
645                __cfaabi_bits_write( STDERR_FILENO, helpText, len ); // print debug/nodebug
646        } // if
647        #endif // __CFA_DEBUG__
648} // doFree
649
650
651size_t prtFree( HeapManager & manager ) with( manager ) {
652        size_t total = 0;
653        #ifdef __STATISTICS__
654        __cfaabi_bits_acquire();
655        __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "\nBin lists (bin size : free blocks on list)\n" );
656        #endif // __STATISTICS__
657        for ( unsigned int i = 0; i < maxBucketsUsed; i += 1 ) {
658                size_t size = freeLists[i].blockSize;
659                #ifdef __STATISTICS__
660                unsigned int N = 0;
661                #endif // __STATISTICS__
662
663                #if BUCKETLOCK == SPINLOCK
664                for ( HeapManager.Storage * p = freeLists[i].freeList; p != 0p; p = p->header.kind.real.next ) {
665                #else
666                for ( HeapManager.Storage * p = top( freeLists[i].freeList ); p != 0p; /* p = getNext( p )->top */) {
667                        typeof(p) temp = getNext( p )->top;                     // FIX ME: direct assignent fails, initialization works
668                        p = temp;
669                #endif // BUCKETLOCK
670                        total += size;
671                        #ifdef __STATISTICS__
672                        N += 1;
673                        #endif // __STATISTICS__
674                } // for
675
676                #ifdef __STATISTICS__
677                __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "%7zu, %-7u  ", size, N );
678                if ( (i + 1) % 8 == 0 ) __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "\n" );
679                #endif // __STATISTICS__
680        } // for
681        #ifdef __STATISTICS__
682        __cfaabi_bits_print_nolock( STDERR_FILENO, "\ntotal free blocks:%zu\n", total );
683        __cfaabi_bits_release();
684        #endif // __STATISTICS__
685        return (char *)heapEnd - (char *)heapBegin - total;
686} // prtFree
687
688
689static void ?{}( HeapManager & manager ) with( manager ) {
690        pageSize = sysconf( _SC_PAGESIZE );
691
692        for ( unsigned int i = 0; i < NoBucketSizes; i += 1 ) { // initialize the free lists
693                freeLists[i].blockSize = bucketSizes[i];
694        } // for
695
696        #ifdef FASTLOOKUP
697        unsigned int idx = 0;
698        for ( unsigned int i = 0; i < LookupSizes; i += 1 ) {
699                if ( i > bucketSizes[idx] ) idx += 1;
700                lookup[i] = idx;
701        } // for
702        #endif // FASTLOOKUP
703
704        if ( ! setMmapStart( default_mmap_start() ) ) {
705                abort( "HeapManager : internal error, mmap start initialization failure." );
706        } // if
707        heapExpand = default_heap_expansion();
708
709        char * end = (char *)sbrk( 0 );
710        heapBegin = heapEnd = sbrk( (char *)libCeiling( (long unsigned int)end, libAlign() ) - end ); // move start of heap to multiple of alignment
711} // HeapManager
712
713
714static void ^?{}( HeapManager & ) {
715        #ifdef __STATISTICS__
716        if ( traceHeapTerm() ) {
717                printStats();
718                // if ( prtfree() ) prtFree( heapManager, true );
719        } // if
720        #endif // __STATISTICS__
721} // ~HeapManager
722
723
724static void memory_startup( void ) __attribute__(( constructor( STARTUP_PRIORITY_MEMORY ) ));
725void memory_startup( void ) {
726        #ifdef __CFA_DEBUG__
727        if ( unlikely( heapBoot ) ) {                                           // check for recursion during system boot
728                // DO NOT USE STREAMS AS THEY MAY BE UNAVAILABLE AT THIS POINT.
729                abort( "boot() : internal error, recursively invoked during system boot." );
730        } // if
731        heapBoot = true;
732        #endif // __CFA_DEBUG__
733
734        //assert( heapManager.heapBegin != 0 );
735        //heapManager{};
736        if ( heapManager.heapBegin == 0p ) heapManager{};       // sanity check
737} // memory_startup
738
739static void memory_shutdown( void ) __attribute__(( destructor( STARTUP_PRIORITY_MEMORY ) ));
740void memory_shutdown( void ) {
741        ^heapManager{};
742} // memory_shutdown
743
744
745static inline void * mallocNoStats( size_t size ) {             // necessary for malloc statistics
746        //assert( heapManager.heapBegin != 0 );
747        if ( unlikely( heapManager.heapBegin == 0p ) ) heapManager{}; // called before memory_startup ?
748#if __SIZEOF_POINTER__ == 8
749        verify( size < ((typeof(size_t))1 << 48) );
750#endif // __SIZEOF_POINTER__ == 8
751        void * addr = doMalloc( size );
752        if ( unlikely( addr == 0p ) ) errno = ENOMEM;           // POSIX
753        return addr;
754} // mallocNoStats
755
756
757static inline void * callocNoStats( size_t dim, size_t elemSize ) {
758        size_t size = dim * elemSize;
759        char * addr = (char *)mallocNoStats( size );
760  if ( unlikely( addr == 0p ) ) return 0p;
761
762        HeapManager.Storage.Header * header;
763        HeapManager.FreeHeader * freeElem;
764        size_t bsize, alignment;
765        bool mapped __attribute__(( unused )) = headers( "calloc", addr, header, freeElem, bsize, alignment );
766        #ifndef __CFA_DEBUG__
767        // Mapped storage is zero filled, but in debug mode mapped memory is scrubbed in doMalloc, so it has to be reset to zero.
768        if ( ! mapped )
769        #endif // __CFA_DEBUG__
770                // Zero entire data space even when > than size => realloc without a new allocation and zero fill works.
771                // <-------00000000000000000000000000000000000000000000000000000> bsize (bucket size)
772                // `-header`-addr                      `-size
773                memset( addr, '\0', bsize - sizeof(HeapManager.Storage) ); // set to zeros
774
775        header->kind.real.blockSize |= 2;                                       // mark as zero filled
776        return addr;
777} // callocNoStats
778
779
780static inline void * memalignNoStats( size_t alignment, size_t size ) { // necessary for malloc statistics
781        #ifdef __CFA_DEBUG__
782        checkAlign( alignment );                                                        // check alignment
783        #endif // __CFA_DEBUG__
784
785        // if alignment <= default alignment, do normal malloc as two headers are unnecessary
786  if ( unlikely( alignment <= libAlign() ) ) return mallocNoStats( size );
787
788        // Allocate enough storage to guarantee an address on the alignment boundary, and sufficient space before it for
789        // administrative storage. NOTE, WHILE THERE ARE 2 HEADERS, THE FIRST ONE IS IMPLICITLY CREATED BY DOMALLOC.
790        //      .-------------v-----------------v----------------v----------,
791        //      | Real Header | ... padding ... |   Fake Header  | data ... |
792        //      `-------------^-----------------^-+--------------^----------'
793        //      |<--------------------------------' offset/align |<-- alignment boundary
794
795        // subtract libAlign() because it is already the minimum alignment
796        // add sizeof(Storage) for fake header
797        char * addr = (char *)mallocNoStats( size + alignment - libAlign() + sizeof(HeapManager.Storage) );
798  if ( unlikely( addr == 0p ) ) return addr;
799
800        // address in the block of the "next" alignment address
801        char * user = (char *)libCeiling( (uintptr_t)(addr + sizeof(HeapManager.Storage)), alignment );
802
803        // address of header from malloc
804        HeapManager.Storage.Header * realHeader = headerAddr( addr );
805        // address of fake header * before* the alignment location
806        HeapManager.Storage.Header * fakeHeader = headerAddr( user );
807        // SKULLDUGGERY: insert the offset to the start of the actual storage block and remember alignment
808        fakeHeader->kind.fake.offset = (char *)fakeHeader - (char *)realHeader;
809        // SKULLDUGGERY: odd alignment imples fake header
810        fakeHeader->kind.fake.alignment = alignment | 1;
811
812        return user;
813} // memalignNoStats
814
815
816static inline void * cmemalignNoStats( size_t alignment, size_t dim, size_t elemSize ) {
817        size_t size = dim * elemSize;
818        char * addr = (char *)memalignNoStats( alignment, size );
819  if ( unlikely( addr == 0p ) ) return 0p;
820        HeapManager.Storage.Header * header;
821        HeapManager.FreeHeader * freeElem;
822        size_t bsize;
823        bool mapped __attribute__(( unused )) = headers( "cmemalign", addr, header, freeElem, bsize, alignment );
824        #ifndef __CFA_DEBUG__
825        // Mapped storage is zero filled, but in debug mode mapped memory is scrubbed in doMalloc, so it has to be reset to zero.
826        if ( ! mapped )
827        #endif // __CFA_DEBUG__
828                memset( addr, '\0', dataStorage( bsize, addr, header ) ); // set to zeros
829
830        header->kind.real.blockSize |= 2;                                       // mark as zero filled
831        return addr;
832} // cmemalignNoStats
833
834
835// supported mallopt options
836#ifndef M_MMAP_THRESHOLD
837#define M_MMAP_THRESHOLD (-1)
838#endif // M_TOP_PAD
839#ifndef M_TOP_PAD
840#define M_TOP_PAD (-2)
841#endif // M_TOP_PAD
842
843
844extern "C" {
845        // Allocates size bytes and returns a pointer to the allocated memory.  The contents are undefined. If size is 0,
846        // then malloc() returns a unique pointer value that can later be successfully passed to free().
847        void * malloc( size_t size ) {
848                #ifdef __STATISTICS__
849                __atomic_add_fetch( &malloc_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
850                __atomic_add_fetch( &malloc_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
851                #endif // __STATISTICS__
852
853                return mallocNoStats( size );
854        } // malloc
855
856
857        // Same as malloc() except size bytes is an array of dim elements each of elemSize bytes.
858        void * aalloc( size_t dim, size_t elemSize ) {
859                #ifdef __STATISTICS__
860                __atomic_add_fetch( &aalloc_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
861                __atomic_add_fetch( &aalloc_storage, dim * elemSize, __ATOMIC_SEQ_CST );
862                #endif // __STATISTICS__
863
864                return mallocNoStats( dim * elemSize );
865        } // aalloc
866
867
868        // Same as aalloc() with memory set to zero.
869        void * calloc( size_t dim, size_t elemSize ) {
870                #ifdef __STATISTICS__
871                __atomic_add_fetch( &calloc_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
872                __atomic_add_fetch( &calloc_storage, dim * elemSize, __ATOMIC_SEQ_CST );
873                #endif // __STATISTICS__
874
875                return callocNoStats( dim, elemSize );
876        } // calloc
877
878        // Change the size of the memory block pointed to by oaddr to size bytes. The contents are undefined.  If oaddr is
879        // 0p, then the call is equivalent to malloc(size), for all values of size; if size is equal to zero, and oaddr is
880        // not 0p, then the call is equivalent to free(oaddr). Unless oaddr is 0p, it must have been returned by an earlier
881        // call to malloc(), alloc(), calloc() or realloc(). If the area pointed to was moved, a free(oaddr) is done.
882        void * resize( void * oaddr, size_t size ) {
883                #ifdef __STATISTICS__
884                __atomic_add_fetch( &resize_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
885                __atomic_add_fetch( &resize_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
886                #endif // __STATISTICS__
887
888                // If size is equal to 0, either NULL or a pointer suitable to be passed to free() is returned.
889          if ( unlikely( size == 0 ) ) { free( oaddr ); return mallocNoStats( size ); } // special cases
890          if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) return mallocNoStats( size );
891
892                HeapManager.Storage.Header * header;
893                HeapManager.FreeHeader * freeElem;
894                size_t bsize, oalign = 0;
895                headers( "resize", oaddr, header, freeElem, bsize, oalign );
896
897                size_t odsize = dataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
898                // same size, DO NOT preserve STICKY PROPERTIES.
899          if ( oalign == 0 && size <= odsize && odsize <= size * 2 ) { // allow 50% wasted storage for smaller size
900                        header->kind.real.blockSize &= -2;                      // no alignment and turn off 0 fill
901                        return oaddr;
902                } // if
903       
904                // change size, DO NOT preserve STICKY PROPERTIES.
905                free( oaddr );
906                void * naddr = mallocNoStats( size );                   // create new area
907                return naddr;
908        } // resize
909
910
911        // Same as resize() but the contents are unchanged in the range from the start of the region up to the minimum of
912        // the old and new sizes.
913        void * realloc( void * oaddr, size_t size ) {
914                #ifdef __STATISTICS__
915                __atomic_add_fetch( &realloc_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
916                __atomic_add_fetch( &realloc_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
917                #endif // __STATISTICS__
918
919                // If size is equal to 0, either NULL or a pointer suitable to be passed to free() is returned.
920          if ( unlikely( size == 0 ) ) { free( oaddr ); return mallocNoStats( size ); } // special cases
921          if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) return mallocNoStats( size );
922
923                HeapManager.Storage.Header * header;
924                HeapManager.FreeHeader * freeElem;
925                size_t bsize, oalign = 0;
926                headers( "realloc", oaddr, header, freeElem, bsize, oalign );
927
928                size_t odsize = dataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
929          if ( size <= odsize && odsize <= size * 2 ) { // allow up to 50% wasted storage in smaller size
930                        // Do not know size of original allocation => cannot do 0 fill for any additional space because do not know
931                        // where to start filling, i.e., do not overwrite existing values in space.
932                        return oaddr;
933                } // if
934
935                // change size and copy old content to new storage
936
937                void * naddr;
938                if ( unlikely( oalign != 0 ) ) {                                // previous request memalign?
939                        if ( unlikely( header->kind.real.blockSize & 2 ) ) { // previous request zero fill
940                                naddr = cmemalignNoStats( oalign, 1, size ); // create new aligned area
941                        } else {
942                                naddr = memalignNoStats( oalign, size ); // create new aligned area
943                        } // if
944                } else {
945                        if ( unlikely( header->kind.real.blockSize & 2 ) ) { // previous request zero fill
946                                naddr = callocNoStats( 1, size );               // create new area
947                        } else {
948                                naddr = mallocNoStats( size );                  // create new area
949                        } // if
950                } // if
951          if ( unlikely( naddr == 0p ) ) return 0p;
952
953                headers( "realloc", naddr, header, freeElem, bsize, oalign );
954                size_t ndsize = dataStorage( bsize, naddr, header ); // data storage avilable in bucket
955                // To preserve prior fill, the entire bucket must be copied versus the size.
956                memcpy( naddr, oaddr, MIN( odsize, ndsize ) );  // copy bytes
957                free( oaddr );
958                return naddr;
959        } // realloc
960
961        // Same as malloc() except the memory address is a multiple of alignment, which must be a power of two. (obsolete)
962        void * memalign( size_t alignment, size_t size ) {
963                #ifdef __STATISTICS__
964                __atomic_add_fetch( &memalign_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
965                __atomic_add_fetch( &memalign_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
966                #endif // __STATISTICS__
967
968                return memalignNoStats( alignment, size );
969        } // memalign
970
971
972        // Same as aalloc() with memory alignment.
973        void * amemalign( size_t alignment, size_t dim, size_t elemSize ) {
974                #ifdef __STATISTICS__
975                __atomic_add_fetch( &cmemalign_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
976                __atomic_add_fetch( &cmemalign_storage, dim * elemSize, __ATOMIC_SEQ_CST );
977                #endif // __STATISTICS__
978
979                return memalignNoStats( alignment, dim * elemSize );
980        } // amemalign
981
982
983        // Same as calloc() with memory alignment.
984        void * cmemalign( size_t alignment, size_t dim, size_t elemSize ) {
985                #ifdef __STATISTICS__
986                __atomic_add_fetch( &cmemalign_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
987                __atomic_add_fetch( &cmemalign_storage, dim * elemSize, __ATOMIC_SEQ_CST );
988                #endif // __STATISTICS__
989
990                return cmemalignNoStats( alignment, dim, elemSize );
991        } // cmemalign
992
993        // Same as memalign(), but ISO/IEC 2011 C11 Section 7.22.2 states: the value of size shall be an integral multiple
994    // of alignment. This requirement is universally ignored.
995        void * aligned_alloc( size_t alignment, size_t size ) {
996                return memalign( alignment, size );
997        } // aligned_alloc
998
999
1000        // Allocates size bytes and places the address of the allocated memory in *memptr. The address of the allocated
1001        // memory shall be a multiple of alignment, which must be a power of two and a multiple of sizeof(void *). If size
1002        // is 0, then posix_memalign() returns either 0p, or a unique pointer value that can later be successfully passed to
1003        // free(3).
1004        int posix_memalign( void ** memptr, size_t alignment, size_t size ) {
1005          if ( alignment < sizeof(void *) || ! libPow2( alignment ) ) return EINVAL; // check alignment
1006                * memptr = memalign( alignment, size );
1007          if ( unlikely( * memptr == 0p ) ) return ENOMEM;
1008                return 0;
1009        } // posix_memalign
1010
1011        // Allocates size bytes and returns a pointer to the allocated memory. The memory address shall be a multiple of the
1012        // page size.  It is equivalent to memalign(sysconf(_SC_PAGESIZE),size).
1013        void * valloc( size_t size ) {
1014                return memalign( pageSize, size );
1015        } // valloc
1016
1017
1018        // Same as valloc but rounds size to multiple of page size.
1019        void * pvalloc( size_t size ) {
1020                return memalign( pageSize, libCeiling( size, pageSize ) );
1021        } // pvalloc
1022
1023
1024        // Frees the memory space pointed to by ptr, which must have been returned by a previous call to malloc(), calloc()
1025        // or realloc().  Otherwise, or if free(ptr) has already been called before, undefined behaviour occurs. If ptr is
1026        // 0p, no operation is performed.
1027        void free( void * addr ) {
1028                #ifdef __STATISTICS__
1029                __atomic_add_fetch( &free_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
1030                #endif // __STATISTICS__
1031
1032          if ( unlikely( addr == 0p ) ) {                                       // special case
1033                        // #ifdef __CFA_DEBUG__
1034                        // if ( traceHeap() ) {
1035                        //      #define nullmsg "Free( 0x0 ) size:0\n"
1036                        //      // Do not debug print free( 0p ), as it can cause recursive entry from sprintf.
1037                        //      __cfaabi_dbg_write( nullmsg, sizeof(nullmsg) - 1 );
1038                        // } // if
1039                        // #endif // __CFA_DEBUG__
1040                        return;
1041                } // exit
1042
1043                doFree( addr );
1044        } // free
1045
1046
1047        // Returns the alignment of an allocation.
1048        size_t malloc_alignment( void * addr ) {
1049          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return libAlign();      // minimum alignment
1050                HeapManager.Storage.Header * header = headerAddr( addr );
1051                if ( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) { // fake header ?
1052                        return header->kind.fake.alignment & -2;        // remove flag from value
1053                } else {
1054                        return libAlign();                                                      // minimum alignment
1055                } // if
1056        } // malloc_alignment
1057
1058        // Set the alignment for an the allocation and return previous alignment or 0 if no alignment.
1059        size_t $malloc_alignment_set( void * addr, size_t alignment ) {
1060          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return libAlign();      // minimum alignment
1061                size_t ret;
1062                HeapManager.Storage.Header * header = headerAddr( addr );
1063                if ( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) { // fake header ?
1064                        ret = header->kind.fake.alignment & -2;         // remove flag from old value
1065                        header->kind.fake.alignment = alignment | 1; // add flag to new value
1066                } else {
1067                        ret = 0;                                                                        // => no alignment to change
1068                } // if
1069                return ret;
1070        } // $malloc_alignment_set
1071
1072
1073        // Returns true if the allocation is zero filled, e.g., allocated by calloc().
1074        bool malloc_zero_fill( void * addr ) {
1075          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return false;           // null allocation is not zero fill
1076                HeapManager.Storage.Header * header = headerAddr( addr );
1077                if ( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) { // fake header ?
1078                        header = realHeader( header );                          // backup from fake to real header
1079                } // if
1080                return (header->kind.real.blockSize & 2) != 0;  // zero filled ?
1081        } // malloc_zero_fill
1082
1083        // Set allocation is zero filled and return previous zero filled.
1084        bool $malloc_zero_fill_set( void * addr ) {
1085          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return false;           // null allocation is not zero fill
1086                HeapManager.Storage.Header * header = headerAddr( addr );
1087                if ( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) { // fake header ?
1088                        header = realHeader( header );                          // backup from fake to real header
1089                } // if
1090                bool ret = (header->kind.real.blockSize & 2) != 0; // zero filled ?
1091                header->kind.real.blockSize |= 2;                               // mark as zero filled
1092                return ret;
1093        } // $malloc_zero_fill_set
1094
1095
1096        // Returns original total allocation size (not bucket size) => array size is dimension * sizeif(T).
1097        size_t malloc_size( void * addr ) {
1098          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return false;           // null allocation is not zero fill
1099                HeapManager.Storage.Header * header = headerAddr( addr );
1100                if ( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) { // fake header ?
1101                        header = realHeader( header );                          // backup from fake to real header
1102                } // if
1103                return header->kind.real.size;
1104        } // malloc_size
1105
1106        // Set allocation size and return previous size.
1107        size_t $malloc_size_set( void * addr, size_t size ) {
1108          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return false;           // null allocation is not zero fill
1109                HeapManager.Storage.Header * header = headerAddr( addr );
1110                if ( (header->kind.fake.alignment & 1) == 1 ) { // fake header ?
1111                        header = realHeader( header );                          // backup from fake to real header
1112                } // if
1113                size_t ret = header->kind.real.size;
1114                header->kind.real.size = size;
1115                return ret;
1116        } // $malloc_size_set
1117
1118
1119        // Returns the number of usable bytes in the block pointed to by ptr, a pointer to a block of memory allocated by
1120        // malloc or a related function.
1121        size_t malloc_usable_size( void * addr ) {
1122          if ( unlikely( addr == 0p ) ) return 0;                       // null allocation has 0 size
1123                HeapManager.Storage.Header * header;
1124                HeapManager.FreeHeader * freeElem;
1125                size_t bsize, alignment;
1126
1127                headers( "malloc_usable_size", addr, header, freeElem, bsize, alignment );
1128                return dataStorage( bsize, addr, header );      // data storage in bucket
1129        } // malloc_usable_size
1130
1131
1132        // Prints (on default standard error) statistics about memory allocated by malloc and related functions.
1133        void malloc_stats( void ) {
1134                #ifdef __STATISTICS__
1135                printStats();
1136                if ( prtFree() ) prtFree( heapManager );
1137                #endif // __STATISTICS__
1138        } // malloc_stats
1139
1140        // Changes the file descripter where malloc_stats() writes statistics.
1141        int malloc_stats_fd( int fd __attribute__(( unused )) ) {
1142                #ifdef __STATISTICS__
1143                int temp = statfd;
1144                statfd = fd;
1145                return temp;
1146                #else
1147                return -1;
1148                #endif // __STATISTICS__
1149        } // malloc_stats_fd
1150
1151
1152        // Adjusts parameters that control the behaviour of the memory-allocation functions (see malloc). The param argument
1153        // specifies the parameter to be modified, and value specifies the new value for that parameter.
1154        int mallopt( int option, int value ) {
1155                choose( option ) {
1156                  case M_TOP_PAD:
1157                        heapExpand = ceiling( value, pageSize ); return 1;
1158                  case M_MMAP_THRESHOLD:
1159                        if ( setMmapStart( value ) ) return 1;
1160                        break;
1161                } // switch
1162                return 0;                                                                               // error, unsupported
1163        } // mallopt
1164
1165        // Attempt to release free memory at the top of the heap (by calling sbrk with a suitable argument).
1166        int malloc_trim( size_t ) {
1167                return 0;                                                                               // => impossible to release memory
1168        } // malloc_trim
1169
1170
1171        // Exports an XML string that describes the current state of the memory-allocation implementation in the caller.
1172        // The string is printed on the file stream stream.  The exported string includes information about all arenas (see
1173        // malloc).
1174        int malloc_info( int options, FILE * stream ) {
1175                if ( options != 0 ) { errno = EINVAL; return -1; }
1176                return printStatsXML( stream );
1177        } // malloc_info
1178
1179
1180        // Records the current state of all malloc internal bookkeeping variables (but not the actual contents of the heap
1181        // or the state of malloc_hook functions pointers).  The state is recorded in a system-dependent opaque data
1182        // structure dynamically allocated via malloc, and a pointer to that data structure is returned as the function
1183        // result.  (The caller must free this memory.)
1184        void * malloc_get_state( void ) {
1185                return 0p;                                                                              // unsupported
1186        } // malloc_get_state
1187
1188
1189        // Restores the state of all malloc internal bookkeeping variables to the values recorded in the opaque data
1190        // structure pointed to by state.
1191        int malloc_set_state( void * ptr ) {
1192                return 0;                                                                               // unsupported
1193        } // malloc_set_state
1194} // extern "C"
1195
1196
1197// Must have CFA linkage to overload with C linkage realloc.
1198void * resize( void * oaddr, size_t nalign, size_t size ) {
1199        #ifdef __STATISTICS__
1200        __atomic_add_fetch( &resize_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
1201        __atomic_add_fetch( &resize_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
1202        #endif // __STATISTICS__
1203
1204        // If size is equal to 0, either NULL or a pointer suitable to be passed to free() is returned.
1205  if ( unlikely( size == 0 ) ) { free( oaddr ); return memalignNoStats( nalign, size ); } // special cases
1206  if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) return memalignNoStats( nalign, size );
1207
1208
1209        if ( unlikely( nalign == 0 ) ) nalign = libAlign();     // reset alignment to minimum
1210        #ifdef __CFA_DEBUG__
1211        else
1212                checkAlign( nalign );                                                   // check alignment
1213        #endif // __CFA_DEBUG__
1214
1215        HeapManager.Storage.Header * header;
1216        HeapManager.FreeHeader * freeElem;
1217        size_t bsize, oalign = 0;
1218        headers( "resize", oaddr, header, freeElem, bsize, oalign );
1219        size_t odsize = dataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
1220
1221        if ( oalign <= nalign && (uintptr_t)oaddr % nalign == 0 ) { // <= alignment and new alignment happens to match
1222                if ( oalign >= libAlign() ) {                                   // fake header ?
1223                        headerAddr( oaddr )->kind.fake.alignment = nalign | 1; // update alignment (could be the same)
1224                } // if
1225                if ( size <= odsize && odsize <= size * 2 ) {   // allow 50% wasted storage for smaller size
1226                        header->kind.real.blockSize &= -2;                      // turn off 0 fill
1227                        return oaddr;
1228                } // if
1229        } // if
1230
1231        // change size
1232
1233        void * naddr;
1234        if ( unlikely( header->kind.real.blockSize & 2 ) ) { // previous request zero fill
1235                naddr = cmemalignNoStats( nalign, 1, size );    // create new aligned area
1236        } else {
1237                naddr = memalignNoStats( nalign, size );                // create new aligned area
1238        } // if
1239
1240        free( oaddr );
1241        return naddr;
1242} // resize
1243
1244
1245void * realloc( void * oaddr, size_t nalign, size_t size ) {
1246        if ( unlikely( nalign == 0 ) ) nalign = libAlign();     // reset alignment to minimum
1247        #ifdef __CFA_DEBUG__
1248        else
1249                checkAlign( nalign );                                                   // check alignment
1250        #endif // __CFA_DEBUG__
1251
1252        HeapManager.Storage.Header * header;
1253        HeapManager.FreeHeader * freeElem;
1254        size_t bsize, oalign = 0;
1255        headers( "realloc", oaddr, header, freeElem, bsize, oalign );
1256        size_t odsize = dataStorage( bsize, oaddr, header ); // data storage available in bucket
1257
1258        if ( oalign <= nalign && (uintptr_t)oaddr % nalign == 0 ) { // <= alignment and new alignment happens to match
1259                if ( oalign >= libAlign() ) {                                   // fake header ?
1260                        headerAddr( oaddr )->kind.fake.alignment = nalign | 1; // update alignment (could be the same)
1261                } // if
1262                return realloc( oaddr, size );
1263        } // if
1264
1265        // change size and copy old content to new storage
1266
1267        #ifdef __STATISTICS__
1268        __atomic_add_fetch( &realloc_calls, 1, __ATOMIC_SEQ_CST );
1269        __atomic_add_fetch( &realloc_storage, size, __ATOMIC_SEQ_CST );
1270        #endif // __STATISTICS__
1271
1272        // If size is equal to 0, either NULL or a pointer suitable to be passed to free() is returned.
1273  if ( unlikely( size == 0 ) ) { free( oaddr ); return memalignNoStats( nalign, size ); } // special cases
1274  if ( unlikely( oaddr == 0p ) ) return memalignNoStats( nalign, size );
1275
1276        void * naddr;
1277        if ( unlikely( header->kind.real.blockSize & 2 ) ) { // previous request zero fill
1278                naddr = cmemalignNoStats( nalign, 1, size );    // create new aligned area
1279        } else {
1280                naddr = memalignNoStats( nalign, size );                // create new aligned area
1281        } // if
1282
1283        headers( "realloc", naddr, header, freeElem, bsize, oalign );
1284        size_t ndsize = dataStorage( bsize, naddr, header ); // data storage available in bucket
1285        // To preserve prior fill, the entire bucket must be copied versus the size.
1286        memcpy( naddr, oaddr, MIN( odsize, ndsize ) );          // copy bytes
1287        free( oaddr );
1288        return naddr;
1289} // realloc
1290
1291
1292// Local Variables: //
1293// tab-width: 4 //
1294// compile-command: "cfa -nodebug -O2 heap.cfa" //
1295// End: //
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.