malloc.c

   1 /*    malloc.c
   2  *
   3  */
   4
   5 #ifndef lint
   6 #ifdef DEBUGGING
   7 #define RCHECK
   8 #endif
   9 /*
  10  * malloc.c (Caltech) 2/21/82
  11  * Chris Kingsley, kingsley@cit-20.
  12  *
  13  * This is a very fast storage allocator.  It allocates blocks of a small
  14  * number of different sizes, and keeps free lists of each size.  Blocks that
  15  * don't exactly fit are passed up to the next larger size.  In this
  16  * implementation, the available sizes are 2^n-4 (or 2^n-12) bytes long.
  17  * This is designed for use in a program that uses vast quantities of memory,
  18  * but bombs when it runs out.
  19  */
  20
  21 #include "EXTERN.h"
  22 #include "perl.h"
  23
  24 /* I don't much care whether these are defined in sys/types.h--LAW */
  25
  26 #define u_char unsigned char
  27 #define u_int unsigned int
  28 #define u_short unsigned short
  29
  30 /*
  31  * The overhead on a block is at least 4 bytes.  When free, this space
  32  * contains a pointer to the next free block, and the bottom two bits must
  33  * be zero.  When in use, the first byte is set to MAGIC, and the second
  34  * byte is the size index.  The remaining bytes are for alignment.
  35  * If range checking is enabled and the size of the block fits
  36  * in two bytes, then the top two bytes hold the size of the requested block
  37  * plus the range checking words, and the header word MINUS ONE.
  38  */
  39 union   overhead {
  40         union   overhead *ov_next;      /* when free */
  41 #if MEM_ALIGNBYTES > 4
  42         double  strut;                  /* alignment problems */
  43 #endif
  44         struct {
  45                 u_char  ovu_magic;      /* magic number */
  46                 u_char  ovu_index;      /* bucket # */
  47 #ifdef RCHECK
  48                 u_short ovu_size;       /* actual block size */
  49                 u_int   ovu_rmagic;     /* range magic number */
  50 #endif
  51         } ovu;
  52 #define ov_magic        ovu.ovu_magic
  53 #define ov_index        ovu.ovu_index
  54 #define ov_size         ovu.ovu_size
  55 #define ov_rmagic       ovu.ovu_rmagic
  56 };
  57
  58 #ifdef debug
  59 static void botch _((char *s));
  60 #endif
  61 static void morecore _((int bucket));
  62 static int findbucket _((union overhead *freep, int srchlen));
  63
  64 #define MAGIC           0xff            /* magic # on accounting info */
  65 #define RMAGIC          0x55555555      /* magic # on range info */
  66 #ifdef RCHECK
  67 #define RSLOP           sizeof (u_int)
  68 #else
  69 #define RSLOP           0
  70 #endif
  71
  72 /*
  73  * nextf[i] is the pointer to the next free block of size 2^(i+3).  The
  74  * smallest allocatable block is 8 bytes.  The overhead information
  75  * precedes the data area returned to the user.
  76  */
  77 #define NBUCKETS 30
  78 static  union overhead *nextf[NBUCKETS];
  79 extern  char *sbrk();
  80
  81 #ifdef MSTATS
  82 /*
  83  * nmalloc[i] is the difference between the number of mallocs and frees
  84  * for a given block size.
  85  */
  86 static  u_int nmalloc[NBUCKETS];
  87 #include <stdio.h>
  88 #endif
  89
  90 #ifdef debug
  91 #define ASSERT(p)   if (!(p)) botch("p"); else
  92 static void
  93 botch(s)
  94         char *s;
  95 {
  96
  97         printf("assertion botched: %s\n", s);
  98         abort();
  99 }
 100 #else
 101 #define ASSERT(p)
 102 #endif
 103
 104 Malloc_t
 105 malloc(nbytes)
 106         register MEM_SIZE nbytes;
 107 {
 108         register union overhead *p;
 109         register int bucket = 0;
 110         register MEM_SIZE shiftr;
 111
 112 #ifdef safemalloc
 113 #ifdef DEBUGGING
 114         MEM_SIZE size = nbytes;
 115 #endif
 116
 117 #ifdef MSDOS
 118         if (nbytes > 0xffff) {
 119                 fprintf(stderr, "Allocation too large: %lx\n", (long)nbytes);
 120                 my_exit(1);
 121         }
 122 #endif /* MSDOS */
 123 #ifdef DEBUGGING
 124         if ((long)nbytes < 0)
 125             croak("panic: malloc");
 126 #endif
 127 #endif /* safemalloc */
 128
 129         /*
 130          * Convert amount of memory requested into
 131          * closest block size stored in hash buckets
 132          * which satisfies request.  Account for
 133          * space used per block for accounting.
 134          */
 135         nbytes += sizeof (union overhead) + RSLOP;
 136         nbytes = (nbytes + 3) &~ 3;
 137         shiftr = (nbytes - 1) >> 2;
 138         /* apart from this loop, this is O(1) */
 139         while (shiftr >>= 1)
 140                 bucket++;
 141         /*
 142          * If nothing in hash bucket right now,
 143          * request more memory from the system.
 144          */
 145         if (nextf[bucket] == NULL)
 146                 morecore(bucket);
 147         if ((p = (union overhead *)nextf[bucket]) == NULL) {
 148 #ifdef safemalloc
 149                 if (!nomemok) {
 150                     fputs("Out of memory!\n", stderr);
 151                     my_exit(1);
 152                 }
 153 #else
 154                 return (NULL);
 155 #endif
 156         }
 157
 158 #ifdef safemalloc
 159     DEBUG_m(fprintf(stderr,"0x%lx: (%05d) malloc %ld bytes\n",
 160         (unsigned long)(p+1),an++,(long)size));
 161 #endif /* safemalloc */
 162
 163         /* remove from linked list */
 164 #ifdef RCHECK
 165         if (*((int*)p) & (sizeof(union overhead) - 1))
 166             fprintf(stderr,"Corrupt malloc ptr 0x%lx at 0x%lx\n",
 167                 (unsigned long)*((int*)p),(unsigned long)p);
 168 #endif
 169         nextf[bucket] = p->ov_next;
 170         p->ov_magic = MAGIC;
 171         p->ov_index= bucket;
 172 #ifdef MSTATS
 173         nmalloc[bucket]++;
 174 #endif
 175 #ifdef RCHECK
 176         /*
 177          * Record allocated size of block and
 178          * bound space with magic numbers.
 179          */
 180         if (nbytes <= 0x10000)
 181                 p->ov_size = nbytes - 1;
 182         p->ov_rmagic = RMAGIC;
 183         *((u_int *)((caddr_t)p + nbytes - RSLOP)) = RMAGIC;
 184 #endif
 185         return ((Malloc_t)(p + 1));
 186 }
 187
 188 /*
 189  * Allocate more memory to the indicated bucket.
 190  */
 191 static void
 192 morecore(bucket)
 193         register int bucket;
 194 {
 195         register union overhead *op;
 196         register int rnu;       /* 2^rnu bytes will be requested */
 197         register int nblks;     /* become nblks blocks of the desired size */
 198         register MEM_SIZE siz;
 199
 200         if (nextf[bucket])
 201                 return;
 202         /*
 203          * Insure memory is allocated
 204          * on a page boundary.  Should
 205          * make getpageize call?
 206          */
 207 #ifndef atarist /* on the atari we dont have to worry about this */
 208         op = (union overhead *)sbrk(0);
 209 #ifndef I286
 210         if ((int)op & 0x3ff)
 211                 (void)sbrk(1024 - ((int)op & 0x3ff));
 212 #else
 213         /* The sbrk(0) call on the I286 always returns the next segment */
 214 #endif
 215 #endif /* atarist */
 216
 217 #if !(defined(I286) || defined(atarist))
 218         /* take 2k unless the block is bigger than that */
 219         rnu = (bucket <= 8) ? 11 : bucket + 3;
 220 #else
 221         /* take 16k unless the block is bigger than that
 222            (80286s like large segments!), probably good on the atari too */
 223         rnu = (bucket <= 11) ? 14 : bucket + 3;
 224 #endif
 225         nblks = 1 << (rnu - (bucket + 3));  /* how many blocks to get */
 226         if (rnu < bucket)
 227                 rnu = bucket;
 228         op = (union overhead *)sbrk(1L << rnu);
 229         /* no more room! */
 230         if ((int)op == -1)
 231                 return;
 232         /*
 233          * Round up to minimum allocation size boundary
 234          * and deduct from block count to reflect.
 235          */
 236 #ifndef I286
 237         if ((int)op & 7) {
 238                 op = (union overhead *)(((MEM_SIZE)op + 8) &~ 7);
 239                 nblks--;
 240         }
 241 #else
 242         /* Again, this should always be ok on an 80286 */
 243 #endif
 244         /*
 245          * Add new memory allocated to that on
 246          * free list for this hash bucket.
 247          */
 248         nextf[bucket] = op;
 249         siz = 1 << (bucket + 3);
 250         while (--nblks > 0) {
 251                 op->ov_next = (union overhead *)((caddr_t)op + siz);
 252                 op = (union overhead *)((caddr_t)op + siz);
 253         }
 254 }
 255
 256 void
 257 free(mp)
 258         Malloc_t mp;
 259 {
 260         register MEM_SIZE size;
 261         register union overhead *op;
 262         char *cp = (char*)mp;
 263
 264 #ifdef safemalloc
 265     DEBUG_m(fprintf(stderr,"0x%lx: (%05d) free\n",(unsigned long)cp,an++));
 266 #endif /* safemalloc */
 267
 268         if (cp == NULL)
 269                 return;
 270         op = (union overhead *)((caddr_t)cp - sizeof (union overhead));
 271 #ifdef debug
 272         ASSERT(op->ov_magic == MAGIC);          /* make sure it was in use */
 273 #else
 274         if (op->ov_magic != MAGIC) {
 275 #ifdef RCHECK
 276                 warn("%s free() ignored",
 277                     op->ov_rmagic == RMAGIC - 1 ? "Duplicate" : "Bad");
 278 #else
 279                 warn("Bad free() ignored");
 280 #endif
 281                 return;                         /* sanity */
 282         }
 283 #endif
 284 #ifdef RCHECK
 285         ASSERT(op->ov_rmagic == RMAGIC);
 286         if (op->ov_index <= 13)
 287                 ASSERT(*(u_int *)((caddr_t)op + op->ov_size + 1 - RSLOP) == RMAGIC);
 288         op->ov_rmagic = RMAGIC - 1;
 289 #endif
 290         ASSERT(op->ov_index < NBUCKETS);
 291         size = op->ov_index;
 292         op->ov_next = nextf[size];
 293         nextf[size] = op;
 294 #ifdef MSTATS
 295         nmalloc[size]--;
 296 #endif
 297 }
 298
 299 /*
 300  * When a program attempts "storage compaction" as mentioned in the
 301  * old malloc man page, it realloc's an already freed block.  Usually
 302  * this is the last block it freed; occasionally it might be farther
 303  * back.  We have to search all the free lists for the block in order
 304  * to determine its bucket: 1st we make one pass thru the lists
 305  * checking only the first block in each; if that fails we search
 306  * ``reall_srchlen'' blocks in each list for a match (the variable
 307  * is extern so the caller can modify it).  If that fails we just copy
 308  * however many bytes was given to realloc() and hope it's not huge.
 309  */
 310 int reall_srchlen = 4;  /* 4 should be plenty, -1 =>'s whole list */
 311
 312 Malloc_t
 313 realloc(mp, nbytes)
 314         Malloc_t mp;
 315         MEM_SIZE nbytes;
 316 {
 317         register MEM_SIZE onb;
 318         union overhead *op;
 319         char *res;
 320         register int i;
 321         int was_alloced = 0;
 322         char *cp = (char*)mp;
 323
 324 #ifdef safemalloc
 325 #ifdef DEBUGGING
 326         MEM_SIZE size = nbytes;
 327 #endif
 328
 329 #ifdef MSDOS
 330         if (nbytes > 0xffff) {
 331                 fprintf(stderr, "Reallocation too large: %lx\n", size);
 332                 my_exit(1);
 333         }
 334 #endif /* MSDOS */
 335         if (!cp)
 336                 return malloc(nbytes);
 337 #ifdef DEBUGGING
 338         if ((long)nbytes < 0)
 339                 croak("panic: realloc");
 340 #endif
 341 #endif /* safemalloc */
 342
 343         op = (union overhead *)((caddr_t)cp - sizeof (union overhead));
 344         if (op->ov_magic == MAGIC) {
 345                 was_alloced++;
 346                 i = op->ov_index;
 347         } else {
 348                 /*
 349                  * Already free, doing "compaction".
 350                  *
 351                  * Search for the old block of memory on the
 352                  * free list.  First, check the most common
 353                  * case (last element free'd), then (this failing)
 354                  * the last ``reall_srchlen'' items free'd.
 355                  * If all lookups fail, then assume the size of
 356                  * the memory block being realloc'd is the
 357                  * smallest possible.
 358                  */
 359                 if ((i = findbucket(op, 1)) < 0 &&
 360                     (i = findbucket(op, reall_srchlen)) < 0)
 361                         i = 0;
 362         }
 363         onb = (1L << (i + 3)) - sizeof (*op) - RSLOP;
 364         /* avoid the copy if same size block */
 365         if (was_alloced &&
 366             nbytes <= onb && nbytes > (onb >> 1) - sizeof(*op) - RSLOP) {
 367 #ifdef RCHECK
 368                 /*
 369                  * Record new allocated size of block and
 370                  * bound space with magic numbers.
 371                  */
 372                 if (op->ov_index <= 13) {
 373                         /*
 374                          * Convert amount of memory requested into
 375                          * closest block size stored in hash buckets
 376                          * which satisfies request.  Account for
 377                          * space used per block for accounting.
 378                          */
 379                         nbytes += sizeof (union overhead) + RSLOP;
 380                         nbytes = (nbytes + 3) &~ 3;
 381                         op->ov_size = nbytes - 1;
 382                         *((u_int *)((caddr_t)op + nbytes - RSLOP)) = RMAGIC;
 383                 }
 384 #endif
 385                 res = cp;
 386         }
 387         else {
 388                 if ((res = (char*)malloc(nbytes)) == NULL)
 389                         return (NULL);
 390                 if (cp != res)                  /* common optimization */
 391                         Copy(cp, res, (MEM_SIZE)(nbytes<onb?nbytes:onb), char);
 392                 if (was_alloced)
 393                         free(cp);
 394         }
 395
 396 #ifdef safemalloc
 397 #ifdef DEBUGGING
 398     if (debug & 128) {
 399         fprintf(stderr,"0x%lx: (%05d) rfree\n",(unsigned long)res,an++);
 400         fprintf(stderr,"0x%lx: (%05d) realloc %ld bytes\n",
 401             (unsigned long)res,an++,(long)size);
 402     }
 403 #endif
 404 #endif /* safemalloc */
 405         return ((Malloc_t)res);
 406 }
 407
 408 /*
 409  * Search ``srchlen'' elements of each free list for a block whose
 410  * header starts at ``freep''.  If srchlen is -1 search the whole list.
 411  * Return bucket number, or -1 if not found.
 412  */
 413 static int
 414 findbucket(freep, srchlen)
 415         union overhead *freep;
 416         int srchlen;
 417 {
 418         register union overhead *p;
 419         register int i, j;
 420
 421         for (i = 0; i < NBUCKETS; i++) {
 422                 j = 0;
 423                 for (p = nextf[i]; p && j != srchlen; p = p->ov_next) {
 424                         if (p == freep)
 425                                 return (i);
 426                         j++;
 427                 }
 428         }
 429         return (-1);
 430 }
 431
 432 #ifdef MSTATS
 433 /*
 434  * mstats - print out statistics about malloc
 435  *
 436  * Prints two lines of numbers, one showing the length of the free list
 437  * for each size category, the second showing the number of mallocs -
 438  * frees for each size category.
 439  */
 440 void
 441 mstats(s)
 442         char *s;
 443 {
 444         register int i, j;
 445         register union overhead *p;
 446         int totfree = 0,
 447         totused = 0;
 448
 449         fprintf(stderr, "Memory allocation statistics %s\nfree:\t", s);
 450         for (i = 0; i < NBUCKETS; i++) {
 451                 for (j = 0, p = nextf[i]; p; p = p->ov_next, j++)
 452                         ;
 453                 fprintf(stderr, " %d", j);
 454                 totfree += j * (1 << (i + 3));
 455         }
 456         fprintf(stderr, "\nused:\t");
 457         for (i = 0; i < NBUCKETS; i++) {
 458                 fprintf(stderr, " %d", nmalloc[i]);
 459                 totused += nmalloc[i] * (1 << (i + 3));
 460         }
 461         fprintf(stderr, "\n\tTotal in use: %d, total free: %d\n",
 462             totused, totfree);
 463 }
 464 #endif
 465 #endif /* lint */