folly/Malloc.h

   1 /*
   2  * Copyright 2014 Facebook, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 // Functions to provide smarter use of jemalloc, if jemalloc is being used.
  18 // http://www.canonware.com/download/jemalloc/jemalloc-latest/doc/jemalloc.html
  19
  20 #ifndef FOLLY_MALLOC_H_
  21 #define FOLLY_MALLOC_H_
  22
  23 /**
  24  * Define various MALLOCX_* macros normally provided by jemalloc.  We define
  25  * them so that we don't have to include jemalloc.h, in case the program is
  26  * built without jemalloc support.
  27  */
  28 #ifndef MALLOCX_LG_ALIGN
  29 #define MALLOCX_LG_ALIGN(la) (la)
  30 #endif
  31 #ifndef MALLOCX_ZERO
  32 #define MALLOCX_ZERO (static_cast<int>(0x40))
  33 #endif
  34
  35 // If using fbstring from libstdc++, then just define stub code
  36 // here to typedef the fbstring type into the folly namespace.
  37 // This provides backwards compatibility for code that explicitly
  38 // includes and uses fbstring.
  39 #if defined(_GLIBCXX_USE_FB) && !defined(_LIBSTDCXX_FBSTRING)
  40
  41 #include <folly/detail/Malloc.h>
  42
  43 #include <string>
  44
  45 namespace folly {
  46   using std::goodMallocSize;
  47   using std::jemallocMinInPlaceExpandable;
  48   using std::usingJEMalloc;
  49   using std::smartRealloc;
  50   using std::checkedMalloc;
  51   using std::checkedCalloc;
  52   using std::checkedRealloc;
  53 }
  54
  55 #else // !defined(_GLIBCXX_USE_FB) || defined(_LIBSTDCXX_FBSTRING)
  56
  57 #ifdef _LIBSTDCXX_FBSTRING
  58 #pragma GCC system_header
  59
  60 /**
  61  * Declare *allocx() and mallctl() as weak symbols. These will be provided by
  62  * jemalloc if we are using jemalloc, or will be NULL if we are using another
  63  * malloc implementation.
  64  */
  65 extern "C" void* mallocx(size_t, int)
  66 __attribute__((__weak__));
  67 extern "C" void* rallocx(void*, size_t, int)
  68 __attribute__((__weak__));
  69 extern "C" size_t xallocx(void*, size_t, size_t, int)
  70 __attribute__((__weak__));
  71 extern "C" size_t sallocx(const void*, int)
  72 __attribute__((__weak__));
  73 extern "C" void dallocx(void*, int)
  74 __attribute__((__weak__));
  75 extern "C" size_t nallocx(size_t, int)
  76 __attribute__((__weak__));
  77 extern "C" int mallctl(const char*, void*, size_t*, void*, size_t)
  78 __attribute__((__weak__));
  79
  80 #include <bits/functexcept.h>
  81 #define FOLLY_HAVE_MALLOC_H 1
  82 #else
  83 #include <folly/detail/Malloc.h> /* nolint */
  84 #include <folly/Portability.h>
  85 #endif
  86
  87 // for malloc_usable_size
  88 // NOTE: FreeBSD 9 doesn't have malloc.h.  It's defitions
  89 // are found in stdlib.h.
  90 #if FOLLY_HAVE_MALLOC_H
  91 #include <malloc.h>
  92 #else
  93 #include <stdlib.h>
  94 #endif
  95
  96 #include <cassert>
  97 #include <cstddef>
  98 #include <cstdlib>
  99 #include <cstring>
 100
 101 #include <new>
 102
 103 #ifdef _LIBSTDCXX_FBSTRING
 104 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default) {
 105 _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
 106 #else
 107 namespace folly {
 108 #endif
 109
 110 bool usingJEMallocSlow();
 111
 112 /**
 113  * Determine if we are using jemalloc or not.
 114  */
 115 inline bool usingJEMalloc() {
 116   // Checking for rallocx != NULL is not sufficient; we may be in a dlopen()ed
 117   // module that depends on libjemalloc, so rallocx is resolved, but the main
 118   // program might be using a different memory allocator. Look at the
 119   // implementation of usingJEMallocSlow() for the (hacky) details.
 120   static const bool result = usingJEMallocSlow();
 121   return result;
 122 }
 123
 124 /**
 125  * For jemalloc's size classes, see
 126  * http://www.canonware.com/download/jemalloc/jemalloc-latest/doc/jemalloc.html
 127  */
 128 inline size_t goodMallocSize(size_t minSize) noexcept {
 129   if (!usingJEMalloc()) {
 130     // Not using jemalloc - no smarts
 131     return minSize;
 132   }
 133   size_t goodSize;
 134   if (minSize <= 64) {
 135     // Choose smallest allocation to be 64 bytes - no tripping over
 136     // cache line boundaries, and small string optimization takes care
 137     // of short strings anyway.
 138     goodSize = 64;
 139   } else if (minSize <= 512) {
 140     // Round up to the next multiple of 64; we don't want to trip over
 141     // cache line boundaries.
 142     goodSize = (minSize + 63) & ~size_t(63);
 143   } else if (minSize <= 3584) {
 144     // Round up to the next multiple of 256.  For some size classes jemalloc
 145     // will additionally round up to the nearest multiple of 512, hence the
 146     // nallocx() call.
 147     goodSize = nallocx((minSize + 255) & ~size_t(255), 0);
 148   } else if (minSize <= 4072 * 1024) {
 149     // Round up to the next multiple of 4KB
 150     goodSize = (minSize + 4095) & ~size_t(4095);
 151   } else {
 152     // Holy Moly
 153     // Round up to the next multiple of 4MB
 154     goodSize = (minSize + 4194303) & ~size_t(4194303);
 155   }
 156   assert(nallocx(goodSize, 0) == goodSize);
 157   return goodSize;
 158 }
 159
 160 // We always request "good" sizes for allocation, so jemalloc can
 161 // never grow in place small blocks; they're already occupied to the
 162 // brim.  Blocks larger than or equal to 4096 bytes can in fact be
 163 // expanded in place, and this constant reflects that.
 164 static const size_t jemallocMinInPlaceExpandable = 4096;
 165
 166 /**
 167  * Trivial wrappers around malloc, calloc, realloc that check for allocation
 168  * failure and throw std::bad_alloc in that case.
 169  */
 170 inline void* checkedMalloc(size_t size) {
 171   void* p = malloc(size);
 172   if (!p) std::__throw_bad_alloc();
 173   return p;
 174 }
 175
 176 inline void* checkedCalloc(size_t n, size_t size) {
 177   void* p = calloc(n, size);
 178   if (!p) std::__throw_bad_alloc();
 179   return p;
 180 }
 181
 182 inline void* checkedRealloc(void* ptr, size_t size) {
 183   void* p = realloc(ptr, size);
 184   if (!p) std::__throw_bad_alloc();
 185   return p;
 186 }
 187
 188 /**
 189  * This function tries to reallocate a buffer of which only the first
 190  * currentSize bytes are used. The problem with using realloc is that
 191  * if currentSize is relatively small _and_ if realloc decides it
 192  * needs to move the memory chunk to a new buffer, then realloc ends
 193  * up copying data that is not used. It's impossible to hook into
 194  * GNU's malloc to figure whether expansion will occur in-place or as
 195  * a malloc-copy-free troika. (If an expand_in_place primitive would
 196  * be available, smartRealloc would use it.) As things stand, this
 197  * routine just tries to call realloc() (thus benefitting of potential
 198  * copy-free coalescing) unless there's too much slack memory.
 199  */
 200 inline void* smartRealloc(void* p,
 201                           const size_t currentSize,
 202                           const size_t currentCapacity,
 203                           const size_t newCapacity) {
 204   assert(p);
 205   assert(currentSize <= currentCapacity &&
 206          currentCapacity < newCapacity);
 207
 208   if (usingJEMalloc()) {
 209     // using jemalloc's API. Don't forget that jemalloc can never grow
 210     // in place blocks smaller than 4096 bytes.
 211     //
 212     // NB: newCapacity may not be precisely equal to a jemalloc size class,
 213     // i.e. newCapacity is not guaranteed to be the result of a
 214     // goodMallocSize() call, therefore xallocx() may return more than
 215     // newCapacity bytes of space.  Use >= rather than == to check whether
 216     // xallocx() successfully expanded in place.
 217     if (currentCapacity >= jemallocMinInPlaceExpandable &&
 218         xallocx(p, newCapacity, 0, 0) >= newCapacity) {
 219       // Managed to expand in place
 220       return p;
 221     }
 222     // Cannot expand; must move
 223     auto const result = checkedMalloc(newCapacity);
 224     std::memcpy(result, p, currentSize);
 225     free(p);
 226     return result;
 227   }
 228
 229   // No jemalloc no honey
 230   auto const slack = currentCapacity - currentSize;
 231   if (slack * 2 > currentSize) {
 232     // Too much slack, malloc-copy-free cycle:
 233     auto const result = checkedMalloc(newCapacity);
 234     std::memcpy(result, p, currentSize);
 235     free(p);
 236     return result;
 237   }
 238   // If there's not too much slack, we realloc in hope of coalescing
 239   return checkedRealloc(p, newCapacity);
 240 }
 241
 242 #ifdef _LIBSTDCXX_FBSTRING
 243 _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
 244 #endif
 245
 246 } // folly
 247
 248 #endif // !defined(_GLIBCXX_USE_FB) || defined(_LIBSTDCXX_FBSTRING)
 249
 250 #endif // FOLLY_MALLOC_H_