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https://github.com/RGBCube/serenity
synced 2025-07-25 13:37:45 +00:00
LibC: Implement a simple freelist-based malloc() with size classes.
It's not thread-safe yet, and there is lots of room for improvement. Still it's a lot faster than the first-fit bitmap-based one it replaces.
This commit is contained in:
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d3bd4fdcfe
commit
4291e96991
3 changed files with 230 additions and 173 deletions
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@ -17,6 +17,7 @@ LIBC_OBJS = \
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strings.o \
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strings.o \
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mman.o \
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mman.o \
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dirent.o \
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dirent.o \
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malloc.o \
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stdlib.o \
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stdlib.o \
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time.o \
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time.o \
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utsname.o \
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utsname.o \
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@ -84,4 +85,4 @@ install: $(LIBRARY)
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cp $(LIBRARY) ../Base/usr/lib
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cp $(LIBRARY) ../Base/usr/lib
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cp crt0.o ../Base/usr/lib/
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cp crt0.o ../Base/usr/lib/
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cp crti.ao ../Base/usr/lib/crti.o
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cp crti.ao ../Base/usr/lib/crti.o
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cp crtn.ao ../Base/usr/lib/crtn.o
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cp crtn.ao ../Base/usr/lib/crtn.o
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228
LibC/malloc.cpp
Normal file
228
LibC/malloc.cpp
Normal file
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@ -0,0 +1,228 @@
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#include <AK/Bitmap.h>
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#include <AK/InlineLinkedList.h>
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#include <sys/mman.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <assert.h>
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#include <stdio.h>
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#include <serenity.h>
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// FIXME: Thread safety.
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//#define MALLOC_DEBUG
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#define MALLOC_SCRUB_BYTE 0x85
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#define FREE_SCRUB_BYTE 0x82
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#define MAGIC_PAGE_HEADER 0x42657274
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#define MAGIC_BIGALLOC_HEADER 0x42697267
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#define PAGE_ROUND_UP(x) ((((size_t)(x)) + PAGE_SIZE-1) & (~(PAGE_SIZE-1)))
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static bool s_log_malloc = false;
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static bool s_scrub_malloc = true;
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static bool s_scrub_free = true;
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static unsigned short size_classes[] = { 8, 16, 32, 64, 128, 252, 508, 1016, 2036, 0 };
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static constexpr size_t num_size_classes = sizeof(size_classes) / sizeof(unsigned short);
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struct CommonHeader {
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size_t m_magic;
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size_t m_size;
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};
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struct BigAllocationBlock : public CommonHeader {
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BigAllocationBlock(size_t size)
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{
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m_magic = MAGIC_BIGALLOC_HEADER;
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m_size = size;
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}
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unsigned char* m_slot[0];
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};
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struct FreelistEntry {
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FreelistEntry* next;
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};
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struct ChunkedBlock : public CommonHeader, public InlineLinkedListNode<ChunkedBlock> {
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ChunkedBlock(size_t bytes_per_chunk)
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{
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m_magic = MAGIC_PAGE_HEADER;
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m_size = bytes_per_chunk;
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m_free_chunks = chunk_capacity();
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m_freelist = (FreelistEntry*)chunk(0);
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for (size_t i = 0; i < chunk_capacity(); ++i) {
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auto* entry = (FreelistEntry*)chunk(i);
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if (i != chunk_capacity() - 1)
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entry->next = (FreelistEntry*)chunk(i + 1);
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else
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entry->next = nullptr;
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}
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}
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||||||
|
ChunkedBlock* m_prev { nullptr };
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ChunkedBlock* m_next { nullptr };
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|
FreelistEntry* m_freelist { nullptr };
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|
|
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|
unsigned short m_free_chunks { 0 };
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|
unsigned char m_slot[0];
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void* chunk(int index)
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{
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|
return &m_slot[index * m_size];
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|
}
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|
size_t bytes_per_chunk() const { return m_size; }
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|
size_t free_chunks() const { return m_free_chunks; }
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||||||
|
size_t used_chunks() const { return chunk_capacity() - m_free_chunks; }
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||||||
|
size_t chunk_capacity() const { return (PAGE_SIZE - sizeof(ChunkedBlock)) / m_size; }
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|
};
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||||||
|
static InlineLinkedList<ChunkedBlock> g_allocators[num_size_classes];
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static InlineLinkedList<ChunkedBlock>* allocator_for_size(size_t size, size_t& good_size)
|
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{
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||||||
|
for (int i = 0; size_classes[i]; ++i) {
|
||||||
|
if (size <= size_classes[i]) {
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|
good_size = size_classes[i];
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|
return &g_allocators[i];
|
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|
}
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|
}
|
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|
good_size = PAGE_ROUND_UP(size);
|
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|
return nullptr;
|
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|
}
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|
extern "C" {
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||||||
|
size_t malloc_good_size(size_t size)
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|
{
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||||||
|
for (int i = 0; size_classes[i]; ++i) {
|
||||||
|
if (size < size_classes[i])
|
||||||
|
return size_classes[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return PAGE_ROUND_UP(size);
|
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|
}
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||||||
|
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||||||
|
static void* os_alloc(size_t size)
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|
{
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|
return mmap(nullptr, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, 0, 0);
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|
}
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|
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|
static void os_free(void* ptr, size_t size)
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|
{
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|
int rc = munmap(ptr, size);
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|
assert(rc == 0);
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|
}
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||||||
|
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||||||
|
void* malloc(size_t size)
|
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|
{
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|
if (s_log_malloc)
|
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|
dbgprintf("LibC: malloc(%u)\n", size);
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|
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||||||
|
if (!size)
|
||||||
|
return nullptr;
|
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|
size_t good_size;
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|
auto* allocator = allocator_for_size(size, good_size);
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||||||
|
if (!allocator) {
|
||||||
|
size_t real_size = sizeof(BigAllocationBlock) + size;
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|
void* page_ptr = os_alloc(real_size);
|
||||||
|
BigAllocationBlock* bigalloc_header = new (page_ptr) BigAllocationBlock(real_size);
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|
return &bigalloc_header->m_slot[0];
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|
}
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|
assert(allocator);
|
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|
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||||||
|
ChunkedBlock* block = nullptr;
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|
for (block = allocator->head(); block; block = block->next()) {
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||||||
|
if (block->free_chunks())
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|
break;
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|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!block) {
|
||||||
|
block = (ChunkedBlock*)os_alloc(PAGE_SIZE);
|
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|
char buffer[64];
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|
snprintf(buffer, sizeof(buffer), "malloc() page (%u)", good_size);
|
||||||
|
set_mmap_name(block, PAGE_SIZE, buffer);
|
||||||
|
new (block) ChunkedBlock(good_size);
|
||||||
|
allocator->append(block);
|
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|
}
|
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|
|
||||||
|
--block->m_free_chunks;
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|
void* ptr = block->m_freelist;
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|
block->m_freelist = block->m_freelist->next;
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||||||
|
#ifdef MALLOC_DEBUG
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|
dbgprintf("LibC: allocated %p (chunk %d in allocator %p, size %u)\n", ptr, index, page, page->bytes_per_chunk());
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
if (s_scrub_malloc)
|
||||||
|
memset(ptr, MALLOC_SCRUB_BYTE, block->m_size);
|
||||||
|
return ptr;
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_NOT_REACHED();
|
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|
}
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|
|
||||||
|
void free(void* ptr)
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|
{
|
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|
if (!ptr)
|
||||||
|
return;
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||||||
|
|
||||||
|
void* page_base = (void*)((uintptr_t)ptr & (uintptr_t)~0xfff);
|
||||||
|
size_t magic = *(size_t*)page_base;
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||||||
|
|
||||||
|
if (magic == MAGIC_BIGALLOC_HEADER) {
|
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|
auto* header = (BigAllocationBlock*)page_base;
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|
os_free(header, header->m_size);
|
||||||
|
return;
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|
}
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||||||
|
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||||||
|
assert(magic == MAGIC_PAGE_HEADER);
|
||||||
|
auto* page = (ChunkedBlock*)page_base;
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef MALLOC_DEBUG
|
||||||
|
dbgprintf("LibC: freeing %p in allocator %p (size=%u, used=%u)\n", ptr, page, page->bytes_per_chunk(), page->used_chunks());
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
|
if (s_scrub_free)
|
||||||
|
memset(ptr, FREE_SCRUB_BYTE, page->bytes_per_chunk());
|
||||||
|
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||||||
|
auto* entry = (FreelistEntry*)ptr;
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|
entry->next = page->m_freelist;
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|
page->m_freelist = entry;
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|
|
||||||
|
++page->m_free_chunks;
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|
}
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||||||
|
|
||||||
|
void* calloc(size_t count, size_t size)
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||||||
|
{
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||||||
|
size_t new_size = count * size;
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||||||
|
auto* ptr = malloc(new_size);
|
||||||
|
memset(ptr, 0, new_size);
|
||||||
|
return ptr;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void* realloc(void* ptr, size_t size)
|
||||||
|
{
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||||||
|
if (!ptr)
|
||||||
|
return malloc(size);
|
||||||
|
|
||||||
|
size_t old_size = 0;
|
||||||
|
void* page_base = (void*)((uintptr_t)ptr & (uintptr_t)~0xfff);
|
||||||
|
auto* header = (const CommonHeader*)page_base;
|
||||||
|
old_size = header->m_size;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (size == old_size)
|
||||||
|
return ptr;
|
||||||
|
auto* new_ptr = malloc(size);
|
||||||
|
memcpy(new_ptr, ptr, min(old_size, size));
|
||||||
|
free(ptr);
|
||||||
|
return new_ptr;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
void __malloc_init()
|
||||||
|
{
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||||||
|
if (getenv("LIBC_NOSCRUB_MALLOC"))
|
||||||
|
s_scrub_malloc = false;
|
||||||
|
if (getenv("LIBC_NOSCRUB_FREE"))
|
||||||
|
s_scrub_free = false;
|
||||||
|
if (getenv("LIBC_LOG_MALLOC"))
|
||||||
|
s_log_malloc = true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
172
LibC/stdlib.cpp
172
LibC/stdlib.cpp
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@ -16,178 +16,6 @@
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||||||
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||||||
extern "C" {
|
extern "C" {
|
||||||
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||||||
#define MALLOC_SCRUB_BYTE 0x85
|
|
||||||
#define FREE_SCRUB_BYTE 0x82
|
|
||||||
|
|
||||||
struct MallocHeader {
|
|
||||||
uint16_t first_chunk_index;
|
|
||||||
uint16_t chunk_count : 15;
|
|
||||||
bool is_mmap : 1;
|
|
||||||
size_t size;
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
#define CHUNK_SIZE 32
|
|
||||||
#define POOL_SIZE 4 * 1048576
|
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||||||
|
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||||||
static const size_t malloc_budget = POOL_SIZE;
|
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||||||
static byte s_malloc_map[POOL_SIZE / CHUNK_SIZE / 8];
|
|
||||||
static byte* s_malloc_pool;
|
|
||||||
|
|
||||||
static uint32_t s_malloc_sum_alloc = 0;
|
|
||||||
static uint32_t s_malloc_sum_free = POOL_SIZE;
|
|
||||||
|
|
||||||
static bool s_log_malloc = false;
|
|
||||||
static bool s_scrub_malloc = true;
|
|
||||||
static bool s_scrub_free = true;
|
|
||||||
|
|
||||||
void* malloc(size_t size)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (s_log_malloc)
|
|
||||||
dbgprintf("LibC: malloc(%u)\n", size);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (size == 0)
|
|
||||||
return nullptr;
|
|
||||||
|
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||||||
// We need space for the MallocHeader structure at the head of the block.
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|
||||||
size_t real_size = size + sizeof(MallocHeader);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (real_size >= PAGE_SIZE) {
|
|
||||||
auto* memory = mmap(nullptr, real_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, 0, 0);
|
|
||||||
if (memory == MAP_FAILED) {
|
|
||||||
fprintf(stderr, "malloc() failed to mmap() for a %u-byte allocation: %s", size, strerror(errno));
|
|
||||||
volatile char* crashme = (char*)0xf007d00d;
|
|
||||||
*crashme = 0;
|
|
||||||
return nullptr;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
auto* header = (MallocHeader*)(memory);
|
|
||||||
byte* ptr = ((byte*)header) + sizeof(MallocHeader);
|
|
||||||
header->chunk_count = 0;
|
|
||||||
header->first_chunk_index = 0;
|
|
||||||
header->size = real_size;
|
|
||||||
header->is_mmap = true;
|
|
||||||
return ptr;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (s_malloc_sum_free < real_size) {
|
|
||||||
fprintf(stderr, "malloc(): Out of memory\ns_malloc_sum_free=%u, real_size=%u\n", s_malloc_sum_free, real_size);
|
|
||||||
ASSERT_NOT_REACHED();
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
size_t chunks_needed = real_size / CHUNK_SIZE;
|
|
||||||
if (real_size % CHUNK_SIZE)
|
|
||||||
chunks_needed++;
|
|
||||||
|
|
||||||
size_t chunks_here = 0;
|
|
||||||
size_t first_chunk = 0;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (unsigned i = 0; i < (POOL_SIZE / CHUNK_SIZE / 8); ++i) {
|
|
||||||
if (s_malloc_map[i] == 0xff) {
|
|
||||||
// Skip over completely full bucket.
|
|
||||||
chunks_here = 0;
|
|
||||||
continue;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// FIXME: This scan can be optimized further with TZCNT.
|
|
||||||
for (unsigned j = 0; j < 8; ++j) {
|
|
||||||
if ((s_malloc_map[i] & (1<<j))) {
|
|
||||||
// This is in use, so restart chunks_here counter.
|
|
||||||
chunks_here = 0;
|
|
||||||
continue;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (chunks_here == 0) {
|
|
||||||
// Mark where potential allocation starts.
|
|
||||||
first_chunk = i * 8 + j;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
++chunks_here;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (chunks_here == chunks_needed) {
|
|
||||||
auto* header = (MallocHeader*)(s_malloc_pool + (first_chunk * CHUNK_SIZE));
|
|
||||||
byte* ptr = ((byte*)header) + sizeof(MallocHeader);
|
|
||||||
header->chunk_count = chunks_needed;
|
|
||||||
header->first_chunk_index = first_chunk;
|
|
||||||
header->is_mmap = false;
|
|
||||||
header->size = size;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (size_t k = first_chunk; k < (first_chunk + chunks_needed); ++k)
|
|
||||||
s_malloc_map[k / 8] |= 1 << (k % 8);
|
|
||||||
|
|
||||||
s_malloc_sum_alloc += header->chunk_count * CHUNK_SIZE;
|
|
||||||
s_malloc_sum_free -= header->chunk_count * CHUNK_SIZE;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (s_scrub_malloc)
|
|
||||||
memset(ptr, MALLOC_SCRUB_BYTE, (header->chunk_count * CHUNK_SIZE) - sizeof(MallocHeader));
|
|
||||||
return ptr;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
fprintf(stderr, "malloc(): Out of memory (no consecutive chunks found for size %u)\n", size);
|
|
||||||
volatile char* crashme = (char*)0xc007d00d;
|
|
||||||
*crashme = 0;
|
|
||||||
return nullptr;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void free(void* ptr)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (!ptr)
|
|
||||||
return;
|
|
||||||
|
|
||||||
auto* header = (MallocHeader*)((((byte*)ptr) - sizeof(MallocHeader)));
|
|
||||||
if (header->is_mmap) {
|
|
||||||
int rc = munmap(header, header->size);
|
|
||||||
if (rc < 0)
|
|
||||||
fprintf(stderr, "free(): munmap(%p) for allocation %p with size %u failed: %s\n", header, ptr, header->size, strerror(errno));
|
|
||||||
return;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = header->first_chunk_index; i < (header->first_chunk_index + header->chunk_count); ++i)
|
|
||||||
s_malloc_map[i / 8] &= ~(1 << (i % 8));
|
|
||||||
|
|
||||||
s_malloc_sum_alloc -= header->chunk_count * CHUNK_SIZE;
|
|
||||||
s_malloc_sum_free += header->chunk_count * CHUNK_SIZE;
|
|
||||||
|
|
||||||
if (s_scrub_free)
|
|
||||||
memset(header, FREE_SCRUB_BYTE, header->chunk_count * CHUNK_SIZE);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void __malloc_init()
|
|
||||||
{
|
|
||||||
s_malloc_pool = (byte*)mmap(nullptr, malloc_budget, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, 0, 0);
|
|
||||||
int rc = set_mmap_name(s_malloc_pool, malloc_budget, "malloc pool");
|
|
||||||
if (rc < 0)
|
|
||||||
perror("set_mmap_name failed");
|
|
||||||
|
|
||||||
if (getenv("LIBC_NOSCRUB_MALLOC"))
|
|
||||||
s_scrub_malloc = false;
|
|
||||||
if (getenv("LIBC_NOSCRUB_FREE"))
|
|
||||||
s_scrub_free = false;
|
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||||||
if (getenv("LIBC_LOG_MALLOC"))
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s_log_malloc = true;
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}
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void* calloc(size_t count, size_t size)
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{
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size_t new_size = count * size;
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auto* ptr = malloc(new_size);
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memset(ptr, 0, new_size);
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return ptr;
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}
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void* realloc(void *ptr, size_t size)
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{
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if (!ptr)
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return malloc(size);
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auto* header = (MallocHeader*)((((byte*)ptr) - sizeof(MallocHeader)));
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size_t old_size = header->size;
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if (size == old_size)
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return ptr;
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auto* new_ptr = malloc(size);
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memcpy(new_ptr, ptr, min(old_size, size));
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free(ptr);
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return new_ptr;
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}
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typedef void(*__atexit_handler)();
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typedef void(*__atexit_handler)();
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static int __atexit_handler_count = 0;
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static int __atexit_handler_count = 0;
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static __atexit_handler __atexit_handlers[32];
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static __atexit_handler __atexit_handlers[32];
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