folly/Malloc.h

   1 /*
   2  * Copyright 2015 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 extern "C" int mallctlnametomib(const char*, size_t*, size_t*)
  80 __attribute__((__weak__));
  81 extern "C" int mallctlbymib(const size_t*, size_t, void*, size_t*, void*,
  82                             size_t)
  83 __attribute__((__weak__));
  84
  85 #include <bits/functexcept.h>
  86 #define FOLLY_HAVE_MALLOC_H 1
  87 #else
  88 #include <folly/detail/Malloc.h> /* nolint */
  89 #include <folly/Portability.h>
  90 #endif
  91
  92 // for malloc_usable_size
  93 // NOTE: FreeBSD 9 doesn't have malloc.h.  It's defitions
  94 // are found in stdlib.h.
  95 #if FOLLY_HAVE_MALLOC_H
  96 #include <malloc.h>
  97 #else
  98 #include <stdlib.h>
  99 #endif
 100
 101 #include <cassert>
 102 #include <cstddef>
 103 #include <cstdlib>
 104 #include <cstring>
 105
 106 #include <new>
 107
 108 #ifdef _LIBSTDCXX_FBSTRING
 109 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default) {
 110 _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
 111 #else
 112 namespace folly {
 113 #endif
 114
 115 bool usingJEMallocSlow();
 116
 117 /**
 118  * Determine if we are using jemalloc or not.
 119  */
 120 inline bool usingJEMalloc() {
 121   // Checking for rallocx != NULL is not sufficient; we may be in a dlopen()ed
 122   // module that depends on libjemalloc, so rallocx is resolved, but the main
 123   // program might be using a different memory allocator. Look at the
 124   // implementation of usingJEMallocSlow() for the (hacky) details.
 125   static const bool result = usingJEMallocSlow();
 126   return result;
 127 }
 128
 129 /**
 130  * For jemalloc's size classes, see
 131  * http://www.canonware.com/download/jemalloc/jemalloc-latest/doc/jemalloc.html
 132  */
 133 inline size_t goodMallocSize(size_t minSize) noexcept {
 134   if (!usingJEMalloc()) {
 135     // Not using jemalloc - no smarts
 136     return minSize;
 137   }
 138   size_t goodSize;
 139   if (minSize <= 64) {
 140     // Choose smallest allocation to be 64 bytes - no tripping over
 141     // cache line boundaries, and small string optimization takes care
 142     // of short strings anyway.
 143     goodSize = 64;
 144   } else if (minSize <= 512) {
 145     // Round up to the next multiple of 64; we don't want to trip over
 146     // cache line boundaries.
 147     goodSize = (minSize + 63) & ~size_t(63);
 148   } else {
 149     // Boundaries between size classes depend on numerious factors, some of
 150     // which can even be modified at run-time. Determine the good allocation
 151     // size by calling nallocx() directly.
 152     goodSize = nallocx(minSize, 0);
 153   }
 154   assert(nallocx(goodSize, 0) == goodSize);
 155   return goodSize;
 156 }
 157
 158 // We always request "good" sizes for allocation, so jemalloc can
 159 // never grow in place small blocks; they're already occupied to the
 160 // brim.  Blocks larger than or equal to 4096 bytes can in fact be
 161 // expanded in place, and this constant reflects that.
 162 static const size_t jemallocMinInPlaceExpandable = 4096;
 163
 164 /**
 165  * Trivial wrappers around malloc, calloc, realloc that check for allocation
 166  * failure and throw std::bad_alloc in that case.
 167  */
 168 inline void* checkedMalloc(size_t size) {
 169   void* p = malloc(size);
 170   if (!p) std::__throw_bad_alloc();
 171   return p;
 172 }
 173
 174 inline void* checkedCalloc(size_t n, size_t size) {
 175   void* p = calloc(n, size);
 176   if (!p) std::__throw_bad_alloc();
 177   return p;
 178 }
 179
 180 inline void* checkedRealloc(void* ptr, size_t size) {
 181   void* p = realloc(ptr, size);
 182   if (!p) std::__throw_bad_alloc();
 183   return p;
 184 }
 185
 186 /**
 187  * This function tries to reallocate a buffer of which only the first
 188  * currentSize bytes are used. The problem with using realloc is that
 189  * if currentSize is relatively small _and_ if realloc decides it
 190  * needs to move the memory chunk to a new buffer, then realloc ends
 191  * up copying data that is not used. It's impossible to hook into
 192  * GNU's malloc to figure whether expansion will occur in-place or as
 193  * a malloc-copy-free troika. (If an expand_in_place primitive would
 194  * be available, smartRealloc would use it.) As things stand, this
 195  * routine just tries to call realloc() (thus benefitting of potential
 196  * copy-free coalescing) unless there's too much slack memory.
 197  */
 198 inline void* smartRealloc(void* p,
 199                           const size_t currentSize,
 200                           const size_t currentCapacity,
 201                           const size_t newCapacity) {
 202   assert(p);
 203   assert(currentSize <= currentCapacity &&
 204          currentCapacity < newCapacity);
 205
 206   if (usingJEMalloc()) {
 207     // using jemalloc's API. Don't forget that jemalloc can never grow
 208     // in place blocks smaller than 4096 bytes.
 209     //
 210     // NB: newCapacity may not be precisely equal to a jemalloc size class,
 211     // i.e. newCapacity is not guaranteed to be the result of a
 212     // goodMallocSize() call, therefore xallocx() may return more than
 213     // newCapacity bytes of space.  Use >= rather than == to check whether
 214     // xallocx() successfully expanded in place.
 215     if (currentCapacity >= jemallocMinInPlaceExpandable &&
 216         xallocx(p, newCapacity, 0, 0) >= newCapacity) {
 217       // Managed to expand in place
 218       return p;
 219     }
 220     // Cannot expand; must move
 221     auto const result = checkedMalloc(newCapacity);
 222     std::memcpy(result, p, currentSize);
 223     free(p);
 224     return result;
 225   }
 226
 227   // No jemalloc no honey
 228   auto const slack = currentCapacity - currentSize;
 229   if (slack * 2 > currentSize) {
 230     // Too much slack, malloc-copy-free cycle:
 231     auto const result = checkedMalloc(newCapacity);
 232     std::memcpy(result, p, currentSize);
 233     free(p);
 234     return result;
 235   }
 236   // If there's not too much slack, we realloc in hope of coalescing
 237   return checkedRealloc(p, newCapacity);
 238 }
 239
 240 #ifdef _LIBSTDCXX_FBSTRING
 241 _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
 242 #endif
 243
 244 } // folly
 245
 246 #endif // !defined(_GLIBCXX_USE_FB) || defined(_LIBSTDCXX_FBSTRING)
 247
 248 #endif // FOLLY_MALLOC_H_